Od masy celulozowej produktu ubocznego do biopolimerów o wysokiej wydajności
Ocenia się, że do 2021 roku wartość rynku termoodpornych polimerów wzrośnie do 16,67 miliardów USD – co oznacza wzrost o niemal 40% od roku 2016. Jeśli dodamy do tego rynek biopolimerów, który będzie rósł o 12% każdego roku w tym samym przedziale czasowym oraz przejście na gospodarkę obiegową w społeczeństwie, otrzymamy rynek, który w przyszłości będzie miał niezwykły potencjał. Prawdopodobnie właśnie ta obserwacja doprowadziła do powstania w sierpniu 2012 roku finansowanego ze środków UE projektu BRIGIT. Zrzeszający 16 partnerów z 12 krajów projekt miał na celu opracowanie efektywnego kosztowo, przyjaznego dla środowiska i ciągłego procesu produkcji biopolimerów z cukrów, będących produktami ubocznymi wytwarzanymi podczas tworzenia masy celulozowej z siarczynu. Każdego roku niszczone jest niemal 0,5 miliona ton tych cukrów, aby nie dopuścić do spadku jakości wysoce pożądanych lignosulfonianów. Poza unikalnym wykorzystywaniem strumienia odpadów, w ramach projektu BRIGIT zintegrowano ten proces z istniejącymi przemysłowymi procedurami tworzenia masy celulozowej. Potencjalnie to rozwiązanie może przyczynić się do ogólnej redukcji zużycia zasobów i emisji gazów cieplarnianych, jak również do drastycznego obniżenia kosztów operacyjnych ze względu na wykorzystanie etapów niesterylnych, nieobecności pośrednich nieciągłych bioreaktorów oraz unikanie transportu odpadów. - Naszym celem było wykorzystanie tego lignocelulozowego surowca do wyprodukowania polihydroksymaślanu (PHB) i polibursztynianu butylenu (PBS). Dokonaliśmy tego poprzez zastosowanie procesu fermentacji „in-situ” i nowej technologii kultury fermentacji, która zapobiega wszelkim zmianom w jakości obecnych lignosulfonianów - wyjaśnia Ángel Valera, koordynator projektu z ramienia firmy Aimplas z Hiszpanii. Zaawansowane technicznie produkty dla branży transportowej Był istotny powód, dla którego wybrano właśnie te twa typu biopolimerów: PHB cechuje się dobrymi właściwościami termicznymi i mechanicznymi, natomiast PBS wykorzystywany jest do zwiększania wytrzymałości i możliwości przetwarzania PHB. Poprzez ich połączenie partnerzy projektu BRIGIT mogą budować kompozyty dla zaawansowanych technicznie, ognioodpornych zastosowań, głównie dla sektora transportu. - Poprzez połączenie tych biopolimerów z naturalnymi tekstyliami (lnem, konopiami itd.) zapewniamy alternatywę dla płyt warstwowych 3D, wykonanych z utwardzanych termicznie żywic, wzmocnionych ciągłymi włóknami szklanymi - wyjaśnia Valera. - Nowe płyty będą nadawały się do recyklingu i będą lżejsze. Cechują się szerokimi oknami przetwarzania, wysoką wydajnością produkcji (wykorzystującej ciągły proces formowania tłocznego) oraz niską energią wbudowaną w porównaniu z obecnie stosowanymi płytami. Dzięki udziałowi firm FIAT i SOLARIS płyty zostały poddane dogłębnym testom, w wyniku których wykazano, że charakteryzują się podobnymi właściwościami chemicznymi do płyt na bazie benzyny. Jednak ich waga i koszt wciąż stanowią problem, który konsorcjum stara się przezwyciężyć: - Pierwszy problem zostanie rozwiązany poprzez zoptymalizowanie struktury płyty i wykorzystanie mniejszej ilości włókien szklanych. Drugi natomiast jest bardziej skomplikowany ze względu na stosunkowo niski koszt żywic na bazie benzyny oraz potrzebę zapewnienia konkurencyjności dużych zakładów produkcyjnych pod względem kosztów. Poziom gotowości (TRL) naszej technologii okazał się niestety zbyt niski, aby na tym etapie możliwe było wprowadzenie jej na rynek - mówi Valera. Poza panelami 3D Valera i jej zespół zidentyfikowali różne produkty o wysokim potencjale komercyjnym: wśród nich są biopolimery klasy PHB i PBS, odpowiednie do wytłaczania płyt wylewanych, produkcji opóźniaczy palenia na bazie chemicznie zmodyfikowanych lignosulfonianów oraz produkcji płyt warstwowych z wykorzystaniem ciągłego formowania tłocznego. Droga ku przyszłości Mimo to zespół wciąż ma nadzieję, ze będzie w stanie stworzyć tanie, pozbawione inhibitorów i homogeniczne źródło cukrów do produkcji docelowych polimerów i dodatków po konkurencyjnych kosztach w ciągu kliku następnych lat. Niedawno firma Daren Labs zajmująca się konsultacjami naukowymi wyraziła zainteresowanie zwiększeniem skali produkcji zmodyfikowanych chemicznie lignosulfonianów, jako opóźniaczy palenia dla biopoliestrów i innych produktów na bazie benzyny. Poprosiła UE o wsparcie w ramach instrumentu MŚP. W międzyczasie pozostali partnerzy projektu w projektach DEMO szukają możliwości zwiększenia TRL technologii i zakończenia optymalizacji procesu fermentacji dla innych firm zajmujących się tworzeniem masy celulozowej.
Słowa kluczowe
BRIGIT, masa celulozowa siarczynowa, biopolimery, biologiczne tworzywa sztuczne, cukier, PBS, PHB, płyty warstwowe, opóźniacze palenia
