Продукти с биологичен произход правят автомобилите по-устойчиви и екологични
(снимка: CC0 Public Domain)
Хелън Маси-Бересфорд
Ако помислите за автомобилната или строителната промишленост, едва ли ще ги свържете с лимонови кори, царевично нишесте и бадемови черупки. И все пак производителите може все повече да разчитат на такива суровини, след като Европа търси начини за намаляване на отпадъците — както селскостопанските, така и пластмасовите.
Нови високоефективни промишлени материали, получени от селскостопански отпадъци, са създадени от проекта BARBARA, който показва пътя за засилване на иновациите в европейската биоикономика.
Към кръгова икономика
Финансиран от партньорство между ЕС и частния сектор, проектът използва селскостопански остатъци, в това число лимонови кори, царевично нишесте, бадемови черупки и кори от нар, като добавки за биополимери, които се срещат в живите организми, например растенията, и могат да се използват в производството.
Резултатът: прототипи на автомобилни части и строителни кофражи, изработени с помощта на специализирания опит в триизмерния печат на испанския Технологичен център Aitiip.
„Най-вълнуващото от наша гледна точка е това, че няма остатъци, има само ресурси“, казва Берта Гонзаво, директор по научноизследователската дейност в Aitiip, която координира продължилия три години и половина проект. „Частите за автомобилната и строителната промишленост бяха успешно одобрени, с което показваме, че кръговата икономика е възможна, и допринасяме за намаляване на въздействието върху околната среда“.
ЕС стимулира разработването на продукти, получавани от материали с биологичен произход, част от стремежа да намалим не само отпадъците, но и емисиите на въглероден диоксид и да направим промишлените стоки по-безопасни.
Биоикономиката на ЕС се разраства в продължение на десетилетие, като достига 2,4 трилиона евро през 2019 г. и има перспективи за по-нататъшен растеж според проучване, проведено през октомври 2022 г.
В потвърждение на големите очаквания към биотехнологичните отрасли през 2014 г. ЕС създаде с тях съвместно предприятие за 3,7 милиарда евро, с цел да стимулира научните изследвания в тази област. През 2022 г. то бе последвано от инициатива за 2 милиарда евро, чиито участници варират от фермери до учени и чиято цел е да се преодолеят техническите, регулаторните и пазарните пречки пред продуктите на биологична основа.
Всяка година ЕС генерира около 60 милиона тона хранителни и 26 милиона тона пластмасови отпадъци.
Производството на материали за промишлеността от възобновяеми източници, включително отпадъци, придобива все по-голямо значение и според Гонзаво проекти като BARBARA са само началото.
Когато проектът BARBARA започва през 2017 г., има само един биополимер за триизмерен печат. С проекта бе увеличен броят на материалите на биологична основа с помощта на комбинация от промишлени биотехнологии, нанотехнологии и усъвършенствани производствени технологии.
Бяха открити нови процеси за извличане и използване на такива съединения, като естествени багрила, фиксатори за естествени багрила, антимикробни вещества и етерични масла от нар, лимон, бадемови черупки и царевица.
Врати и табла
Проектът BARBARA създаде осем материала, съдържащи пигменти от нар и лимон, фиксатори от нар, лимонов аромат и бадемови черупки, които може да се използват вместо съществуващите пластмаси. Новите материали доведоха до различни цветове, аромати, текстури и антимикробни свойства.
Единадесетте партньори разпечатаха и прототипи на облицовки на врати и панели на арматурни табла за автомобилната промишленост, както и свързващи съединения за строителния отрасъл.
Новите материали имат по-добри механични, топлинни и дори естетични свойства.
Поради това те могат да се използват за подобряване на качеството на крайния материал, дори само с добавянето на цвят или аромат.
Макар че проектът приключи, участниците се надяват, че технологиите могат да преминат към демонстрационния етап през следващите четири до пет години. Това ще покаже дали има възможности за производство в големи обеми.
При годишно нарастване на глобалната биополимерна промишленост с 6 % и разрастването на европейския сектор с 30 % годишно, Гонзаво заявява, че ЕС се намира в отлична позиция за поемане на водачеството.
„С една стъпка сме по-близо до кръговата икономика“, казва тя. „Отпадъкът може да бъде ресурс, а не само отпадък.“
Заместители на пластмасите
По отношение на пластмасите изследователските перспективи също изглеждат обещаващи.
През 2020 г. само 14 % от пластмасовите отпадъци в Европа са били рециклирани в ЕС според Европейската комисия. Останалите 86 % са били изгаряни, депонирани, изхвърляни или изнасяни, което подчертава необходимостта от създаване на по-устойчива система.
С предвижданото увеличение на производството на пластмаси в средносрочен план намаляването на въздействието им върху околната среда придобива още по-голямо значение.
Проектът ECOXY, финансиран от същото публично-частно партньорство като BARBARA, търси алтернативи на пластмасите на биологична основа, познати като „подсилени с влакна термореактивни композиционни материали“, или FRTC.
Макар че този вид материали са леки и здрави, те нямат екологосъобразни характеристики. Освен че се получават от изкопаеми горива, те не могат да се рециклират и често се произвеждат от токсични материали, включващи съединение, нарушаващо функциите на ендокринната система, наречено бисфенол А.
„Подсилените с влакна композиционни материали навлизат в употреба все повече, поради което тези композиционни материали на биологична основа трябва да могат да ги заместят във всички области, в които се използват“, казва Арац Генуа, изследовател в CIDETEC, испански институт, който координира проекта ECOXY.
Трите изисквания
Проектът, който се провежда успоредно с BARBARA, включва консорциум от 12 партньори от промишления и научноизследователския сектор от цяла Европа.
Като отправна точка те вземат материали, които отговарят на три изисквания: могат да се рециклират, да се преоформят и да се поправят. Макар че вече са патентовани от CIDETEC, тези материали имат недостатък.
„Направихме ги по-устойчиви, но все още работим с продукти, получавани от нефт, а най-често използваният се получава от бисфенол А“, казва Генуа. „Имахме възможността да извървим още една крачка напред и да ги направим по-устойчиви, като използваме биоотпадъци, за да създадем FRTC на биологична основа.“
Консорциумът проучва лигнина, който се получава от дървесина и растителни влакна. Той използва биосмола от лигнин с ленени влакна като подсилващ компонент за производството на демонстрационен продукт, в случая панел на задна седалка на автомобил.
„Наистина бе добре, че можахме да разширим мащаба и да произведем демонстрационен продукт“, казва Генуа. „Започнахме с малки количества материали и показахме, че те могат да се използват в среден мащаб“.
Истинското предизвикателство бе да направим така, че характеристиките на новия материал да са сравними с тези на използваните понастоящем.
Биосмолите показаха много добри характеристики, равни на тези на получените от изкопаеми горива според Генуа. По отношение на здравината на ленените влакна обаче има още какво да се желае.
Бъдещият фокус
Бъдещите изследвания могат да включват проучване на използването на въглеродни влакна на биологична основа, също извлечени от лигнин.
„Ще продължим да работим върху развиването и оптимизирането на отговарящите на трите изисквания биосмоли за различни приложения“, казва Генуа.
Финансираният от ЕС проект BIO-UPTAKE, например, работи върху разработването на таванни панели за строителството.
„В тези случаи ще се използват не само ленени, но и въглеродни влакна на биологична основа“, казва Генуа.
В краткосрочен план новите материали са по-добри за здравето на работниците, които са в допир с тях по време на производството.
В дългосрочен план ще спечели околната среда в немалка степен благодарение на полученото намаление на отпадъците.
Изследванията в тази статия са финансирани от съвместното предприятие „Биотехнологични производства“ (BBI JU), което в 2022 г. бе наследено от съвместното предприятие „Кръгова биотехнологична Европа“ (CBE JU). Тази статия е публикувана за първи път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.