Aerogels geproduceerd uit cellulose geëxtraheerd uit hennep zijn even effectief als die verkregen uit industriële cellulose
Duitse en Franse onderzoekers bestuderen nieuwe manieren om cellulose uit gebruikte hennepvezels te extraheren om aerogels te maken, hightech materialen die een breed scala aan industriële toepassingen hebben
Hoewel aerogels in het verleden zijn gemaakt van zeer vervuilende anorganische materialen zoals silica of aluminiumoxide, is onderzoek gericht op het bevorderen van hun ontwikkeling van milieuvriendelijkere organische polymeren en koolstof.
"Dit opent de deur naar het gebruik van gebruikte hennepvezels als de belangrijkste bron van cellulose voor deze materialen, die onder milde omstandigheden kunnen worden geëxtraheerd met behulp van goedkope en veilige reagentia," zei gedeclareerd Diogo Costa, een fellow van het Marie Skłodowska-Curie European Industrial Doctoral Program, die dit materiaal onderzoekt als onderdeel van zijn bredere studie van biogebaseerde en circulaire economieën.
Costa's onderzoek wordt gefinancierd door een subsidie van de Biobased Value Circle (BVC), een consortium bestaande uit vier Europese universiteiten, één onderzoeksinstituut en negen Europese bedrijven.
Wat zijn aerogels?
Aerogels, uitgevonden in de jaren dertig van de vorige eeuw, waarvan de vloeibare inhoud wordt vervangen door lucht, hebben de afgelopen 1930 jaar steeds meer aandacht gekregen voor hun toepassing op de elektroden van supercondensatoren, ultracondensatoren, batterijen en ontzilting, als isolatiemateriaal voor hoge temperaturen en als katalysator voor koolstof nanobuisjes en andere materialen. Sterk en toch poreus, het materiaal biedt het belangrijkste voordeel van een lage thermische geleidbaarheid, warmteoverdracht.
NASA gebruikt aerogels voor de isolatie van lanceervoertuigen en shuttles, levensondersteunende apparatuur, testbanken voor raketmotoren en voor de isolatie van handen en voeten van astronauten. Commerciële toepassingen omvatten pijpisolatie, constructie, koelapparatuur en -apparatuur, en auto's, evenals consumententoepassingen, zoals kleding.
Onderzoek heeft tot nu toe aangetoond dat aerogels gemaakt van cellulose gewonnen uit hennep in de vorm van kralen, vellen en cilindrische monolieten net zo effectief zijn als die gemaakt van commerciële industriële cellulose, aldus Costa.
Cellulose, dat 65 tot 75 procent uitmaakt van de biochemische samenstelling van hennepvezels, is van bijzonder belang vanwege de overvloed, biocompatibiliteit en omdat het kan worden verkregen uit afval, zei Costa.
"Deze nieuwe set materialen zal nieuwe groeimogelijkheden bieden voor op hennep gebaseerde bedrijven en kan nieuwe en betere banen creëren in plattelandsgemeenschappen, terwijl de bekende milieuvoordelen van hennep worden behaald", zei hij. “Aerogels wordt een steeds grotere en interessantere markt waarin de hennepindustrie kan participeren, van producenten die willen profiteren van hun afval, tot nieuwe sectoren, nieuwe bedrijven en investeerders. »
Volgens de in New York gevestigde onderzoeker Future Market Insights is de aerogelmarkt ongeveer $ 1 miljard waard en zal naar verwachting tot 17 met 2030% per jaar groeien.
Het onderzoek van Dr. Costa, dat zich richt op productontwikkeling en supply chain-overwegingen, wordt uitgevoerd in samenwerking met het in Keulen gevestigde German Aerospace Centre (DLR), dat materialen ontwikkelt ter vervanging van de huidige op aardolie gebaseerde thermische isolatoren, en met het jonge bedrijf KEEY Aerogel, gevestigd in Habsheim, Frankrijk, die beide lid zijn van het BVC-consortium.
Naast het verkennen van het potentieel van laagwaardige hennepvezels uit de steelverwerking als basis voor de nieuwe klasse van niet-vervuilende, biogebaseerde aerogels, onderzoekt dhr. Costa ook hoe de productie kan worden opgeschaald en hoe deze producten op de markt kunnen worden gebracht. zegt hij, is een grote uitdaging.
"De huidige methoden om aerogels op basis van hennepcellulose te ontwikkelen, zijn nog steeds tijdrovend," zei Costa. "Hun schaalbaarheid moet worden geoptimaliseerd en er moet rekening worden gehouden met veel andere factoren, waaronder weerstand tegen vocht, microbiële activiteit en verbranding", voegde hij eraan toe.
Het verlichten van toeleveringsketens en het verminderen van de afhankelijkheid van grondstoffen die uit het buitenland worden geïmporteerd, zijn belangrijke uitdagingen die worden aangepakt in een breder Europees beleid gericht op het bevorderen van biogebaseerde en circulaire bedrijfsmodellen, de bredere context van het onderzoek van de heer Costa.
Nu de EU hennep aanwijst als een "essentieel gewas" in het kader van het gemeenschappelijk landbouwbeleid (GLB) van de Unie, en gezien de ambitieuze milieudoelstellingen die worden vertegenwoordigd door de Europese "Green Deal", passen de projecten van Costa perfect in de strategie van de Unie om deze alternatieve economische modellen.
"De valorisatie van gewassen zoals hennep, vlas, maïs en tarwe, evenals hun respectievelijke residuen, is een van de belangrijkste alternatieven die in de EU worden onderzocht", zei de heer Costa.
Als onderdeel van de Europese Green Deal en de Europese bio-economiestrategie moet de EU de wetgeving en labels voor biogebaseerde producten actualiseren en een circulair thematisch investeringsplatform van 100 miljoen euro lanceren, naast andere activiteiten die erop gericht zijn belanghebbenden uit de academische wereld, de industrie te mobiliseren en de samenleving, merkte de heer Costa op.
Daarnaast heeft de EU de afgelopen zeven jaar 3,7 miljard euro geïnvesteerd in onderzoeks- en innovatieprojecten op het gebied van bio-economie, en deze investering zal naar verwachting toenemen tot 10 miljard euro in 2030 in Horizon Europa, een belangrijk financieringsprogramma voor onderzoek en innovatie dat tot doel heeft klimaatuitdagingen aan te pakken.
Bedrijven die deelnemen aan het Biobased Value Circle-consortium huren of ontvangen PhD-studenten voor langdurige stages als onderdeel van een programma om een nieuwe generatie onderzoekers op te leiden ter ondersteuning van de ontwikkeling van innovatieve biobased producten die kunnen leiden tot meer duurzame economieën.
