Raisin yliopiston ja Houstonin yliopiston tutkijat ovat luoneet ympäristöystävällisen supermateriaalin, joka voi korvata muovin, lasin ja jopa joitakin metalleja.
Sisällysluettelo
- Uusi materiaali on vahvempaa kuin jotkut metallit.
- Valmistettu bakteereilla ja tasoitetulla selluloosalla.
- Biohajoava, joustava ja läpinäkyvä.
- Siirtää lämpöä kolme kertaa paremmin kuin muovi.
- Käytetään elektroniikassa, pakkauksissa ja energiateollisuudessa.
- Todellinen vaihtoehto ympäristöä pilaavalle muoville.
Hyvästi, muovi? Ympäristöystävällinen supermateriaali, joka ominaisuuksiltaan ylittää metallit ja lasin.
Ryhmä tutkijoita Rice Universitystä ja Houstonin yliopistosta on saavuttanut monien mielestä tärkeän virstanpylvään kestävien vaihtoehtojen etsimisessä muoville . Käyttämällä bakteereja hallitun, tasaisen rakenteen omaavan selluloosan viljelyyn he ovat luoneet erittäin kestävän, joustavan ja toimivan biomateriaalin, joka voi kilpailla synteettisten muovien sekä metallien ja lasin kanssa monilla käyttöalueilla.
Bakteeriteknologia tulevaisuuden materiaaleille
Avain tähän läpimurtoon on bakteeribiocelluloosa – puhdas, edullinen ja biohajoava aine, jota tietyt mikro-organismit tuottavat luonnollisesti. Toisin kuin kasviselluloosa, tätä biopolymeeriä voidaan tuottaa ilman metsien hakkuuta, torjunta-aineiden käyttöä ja laajoja viljelyalueita.
Uutuus piilee siinä, että käyttämällä pyörivää bioreaktoria tutkijat pystyivät tasoittamaan selluloosakuidut reaaliajassa niiden kasvun aikana. Tuloksena on saatu arkkia, joiden murtolujuus on jopa 436 megapascalia , mikä vastaa joidenkin kevyiden metalliseosten lujuutta.
Eikä se ole vain luja. Saatu materiaali on läpinäkyvää, helposti taitettavaa ja muovattavaa, mikä tekee siitä erittäin houkuttelevan esimerkiksi joustavan elektroniikan, ympäristöystävällisten pakkausten tai jopa kevyiden mobiililaitteiden rakenneosien valmistukseen.
Muovin ulkopuolella: laajennetut ja muokattavat ominaisuudet
Yksi tutkimuksen tärkeimmistä saavutuksista oli uuden materiaalin toiminnallisuuden osoittaminen sen synteesin aikana. Lisäämällä nanohiiliä – yhdisteitä, jotka tunnetaan korkeasta lämmönjohtavuudestaan – tutkijat saivat hybridimateriaalin, jonka lujuus (553 MPa) ja lämmönjohtavuus ovat kolme kertaa tehokkaammat kuin muokkaamattomissa näytteissä.
Nämä ominaisuudet avaavat ovia ratkaisuihin nykyajan ongelmiin, kuten elektronisten laitteiden ylikuumenemiseen, joka on yksi tehokkaampien ja kestävämpien teknologioiden kehittämisen pullonkauloista.
Lisäksi lähestymistapa on modulaarinen: bakteerien kasvatusprosessiin voidaan integroida erilaisia lisäaineita, jotta materiaalin ominaisuudet voidaan mukauttaa erityistarpeisiin , kuten kaasunläpäisemättömyys, UV-säteilyn kestävyys tai sähkönjohtavuus.
Skaalautuva ja ympäristöystävällinen korvaava ratkaisu
Yksi projektin lupaavimmista näkökohdista on sen teollinen toteutettavuus . Kehitetty menetelmä on paitsi skaalautuva, myös toteutettavissa yhdessä vaiheessa ilman aggressiivisia kemiallisia prosesseja tai korkeita lämpötiloja. Korkea energiatehokkuus tekee siitä houkuttelevan ratkaisun paitsi ympäristövaikutusten vähentymisen ansiosta myös kilpailukykyisen taloudellisen potentiaalin ansiosta verrattuna perinteisiin polymeereihin.
Esimerkiksi Euroopan unioni kannustaa jo tällaista kehitystä aloitteilla, kuten Euroopan vihreällä polulla, jonka tavoitteena on korvata kertakäyttöinen muovi uusiutuvilla ja kompostoitavilla materiaaleilla keskeisillä aloilla vuoteen 2030 mennessä. Tässä yhteydessä materiaalia voitaisiin markkinoida vaihtoehtona elintarvikepakkauksille, pusseille, elektroniikkakomponenteille ja teknisiin tekstiileihin.
Japanissa, Etelä-Koreassa ja Saksassa startup-yritykset tutkivat jo bakteeriselluloosan kaupallista käyttöä pakkauksissa ja kosmetiikassa. Tämä tieteellinen läpimurto voi tarjota niille luotettavamman ja tehokkaamman teknologisen perustan.
Potentiaali
Tämän teknologian todellinen vaikutus ulottuu laboratoriotutkimusten ulkopuolelle. Sen laajamittainen käyttö voi:
- Vähentää merkittävästi mikromuovin tuotantoa , erityisesti pakkaus- ja kertakäyttöelektroniikkasektoreilla.
- Korvata kierrätyskelvottomat materiaalit kompostoitavilla materiaaleilla, jotka ovat osa suljettua kierrätyskiertoa.
- Pienentää hiilijalanjälkeä , joka liittyy öljystä valmistetun muovin tuotantoon ja kuljetukseen.
- Edistää kiertotalousmalleja, joissa jätteet kierrätetään tai kompostoidaan sen sijaan, että ne päätyvät kaatopaikoille tai meriin.
- Edistää uusia paikallisia tuotantoketjuja, jotka perustuvat bioteknologiaan öljykemian sijaan, mikä monipuolistaa taloutta ja vähentää energiariippuvuutta.
Pitkällä aikavälillä tällaiset teknologiat voidaan integroida hajautettuihin kaupunkien tuotantojärjestelmiin, kuten modulaarisiin biofabrikoihin , jotka pystyvät tuottamaan materiaaleja tarpeen mukaan ja ympäristöön kohdistuvien vaikutusten ollessa minimaaliset.
Tämän supermateriaalin kehittäminen ei ole pelkkä tekninen parannus: se on todellinen mahdollisuus ajattelutavan muutos suhteessamme materiaaleihin ja siirtyminen kohti puhtaampaa, kestävämpää ja planeettamme rajoitukset tiedostavaa yhteiskuntaa.