Projektowanie zrównoważonych zaawansowanych nanomateriałów wieloskładnikowych

Najnowocześniejsze nanomateriały hybrydowe niosą ze sobą potencjalne korzyści, jak i zagrożenia. Finansowany ze środków UE projekt SUNSHINE stworzył nowe strategie, aby przezwyciężyć obawy związane z tą technologią.

Zmiana klimatu i środowisko

Technologie przemysłowe

Nanomateriały wieloskładnikowe (MCNM) to zaawansowane materiały hybrydowe utworzone z dwóch lub więcej funkcjonalnych składników, takich jak nanokryształy i nanocząstki, lub z nanomateriałów o unikalnym składzie chemicznym zmodyfikowanych twardymi lub miękkimi powłokami. Główne sektory przemysłowe, takie jak budownictwo, branża spożywcza, opieka zdrowotna, energia, kosmetyki i elektronika, inwestują w badania, projektowanie i rozwój technologiczny tych obiecujących nowych materiałów, które oferują bezprecedensowe korzyści technologiczne. Jednak MCNM stanowią poważne wyzwanie pod kątem projektowania. Co więcej, ze względu na zróżnicowaną toksyczność poszczególnych składników oraz ich złożone interakcje z systemami biologicznymi i ekologicznymi, z tymi hybrydowymi produktami wiąże się również szereg obaw związanych ze środowiskiem, zdrowiem i bezpieczeństwem. „Obawy te potęguje brak badań podstawowych i wytycznych regulacyjnych dotyczących unikalnych właściwości tych zaawansowanych materiałów” — wyjaśnia Danail Hristozov, koordynator projektu SUNSHINE. Zespół Hristozova zajmował się opracowaniem strategii SSbD („bezpieczny i zrównoważony na etapie projektowania”) do tworzenia produktów zawierających nanomateriały wieloskładnikowe.

Lepsze poznanie MCNM

W ramach projektu pracowano nad kilkoma konkretnymi studiami przypadków produktów MCNM, w tym materiałami zastępującymi halogenowane środki zmniejszające palność, materiałami nanohybrydowymi, które poprawiają odporność mechaniczną materiałów budowlanych, zastosowaniami do usuwania toksycznych gazów z fasad budynków, nanoglinkami do pakowania ziaren zbóż w sposób zabezpieczający przed szkodnikami oraz nieprzywierającymi powłokami, które zastąpiłyby politetrafluoroetylen w piekarnictwie. „Projekt pomógł dobrzeć zrozumieć charakterystykę zagrożeń i narażenia tych zaawansowanych materiałów, a także wpływu ich złożonych interakcji na procesy produkcyjne i wydajność produktów” — wyjaśnia Hristozov. Część projektu SUNSHINE obejmowała opracowanie i przetestowanie cyfrowej e-infrastruktury, która miała ułatwiać współpracę i wymianę informacji między różnymi podmiotami w łańcuchu dostaw. Jest to platforma do gromadzenia całej najważniejszej wiedzy, narzędzi i danych potrzebnych do opracowania i walidacji strategii SSbD dla materiałów i produktów opartych na MCNM. Dzięki projektowi SUNSHINE e-infrastruktura została wykorzystana w różnych studiach przypadków projektów na różnych etapach w procesie iteracyjnym, co umożliwiło jej ciągłe udoskonalanie zgodnie z potrzebami interesariuszy.

Ku bardziej zrównoważonej Europie

Projekt SUNSHINE znacząco przyczyni się do zwiększenia zdolności sektora nanotechnologii do dostarczania innowacyjnych produktów na rynek. „Strategie SSbD zapewnią bezpieczeństwo, nie wpływając negatywnie na udane skalowanie nanotechnologii, co przyspieszy innowacje” — zauważa Hristozov. Niektóre MCNM mogą ujawnić nieoczekiwane zagrożenia dla bezpieczeństwa dopiero kilka lat po ich wprowadzeniu na rynek, co może skutkować w przyszłości surowymi przepisami, które mogą zaszkodzić zaufaniu konsumentów. Dzięki uwzględnieniu kwestii regulacyjnych na wczesnych etapach innowacji podejście projektu SUNSHINE przybliży wprowadzenie na rynek bezpieczniejszych technologii wykorzystujących MCNM, jednocześnie zmniejszając koszty badań rozwojowych oraz zapewniania zgodności z przepisami. Zwiększy to bezpośrednio konkurencyjność przemysłu i rozwój gospodarczy” — dodaje Hristozov. „Projekt będzie miał istotny wpływ na społeczeństwo dzięki dostarczaniu bezpieczniejszych produktów o wartości dodanej, które bezpośrednio zwiększają dobrostan obywateli”.

Od SUNSHINE do SUNRISE

Obiecujące prace przeprowadzone w ramach projektu SUNSHINE będą kontynuowane w ramach nowego projektu SUNRISE, który potrwa do końca 2027 roku. „Projekt SUNRISE wykorzysta nasze dotychczasowe narzędzia, aby zapewnić odpowiednie podejście do zintegrowanej oceny wpływu na zdrowie, środowisko, społeczeństwo i gospodarkę, a my wypróbujemy je w studiach przypadków reprezentujących istotne dla przemysłu zaawansowane materiały o dużym znaczeniu społecznym” — podsumowuje Hristozov.