του Νίκου Αβουκάτου
Νέα υλικά που προέρχονται από βιομάζα και περιέχουν νανοϋλικά για την ενίσχυση των ιδιοτήτων τους χρησιμοποιούνται σε δοκιμαστικές εφαρμογές του έργου BIOMAC (European Sustainable Bio-based nanoMAterials Community), ενός από μεγαλύτερα Ευρωπαϊκά Ερευνητικά έργα κυκλικής βιο-οικονομίας που συντονίζει το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, στο πλαίσιο του Horizon2020.
Διαβάστε - BIOMAC: Νανοϋλικά και βιοπολυμερή από φυτική βιομάζα με σφραγίδα του ΑΠΘ
Στόχος του έργου είναι η δημιουργία ενός οικοσυστήματος ανοιχτής καινοτομίας, το οποίο θα παρέχει ολοκληρωμένες υπηρεσίες σχεδιασμού, ανάπτυξης και δοκιμής νέων νανο-δομημένων βιοπροερχόμενων σύνθετων πολυμερικών υλικών που θα χρησιμοποιηθούν στην αυτοκινητοβιομηχανία, τις αγροτικές εφαρμογές, τη συσκευασία τροφίμων, εκτυπώσιμα ηλεκτρονικά και κατασκευές.
Έτσι, το BIOMAC απαντά στη σταδιακή εξάντληση των ορυκτών πόρων, όπως είναι το πετρέλαιο, και την κλιματική αλλαγή, καθώς δεν παράγει επιπρόσθετες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Με τη χρήση βιοπροερχόμενων ανεξάντλητων πόρων όπως η φυτική βιομάζα, θα αναπτυχθούν νέα υλικά, όπως νανοκυτταρίνη και νανολιγνίνη η οποία θα παραχθεί για πρώτη φορά σε διεθνές επίπεδο, και βιο-άνθρακας νανοπορώδους δομής. Παράλληλα, από την κατεργασία και κλασμάτωση της βιομάζας θα παραληφθούν ενδιάμεσα προϊόντα για την παραγωγή κατάλληλων δομικών στοιχείων για τη σύνθεση βιοπολυμερών, όπως ηλεκτρικοί πολυεστέρες και το πολυ(γαλακτικό οξύ) (PLA). Ο συνδυασμός των νανοσωματιδίων με τα βιοπολυμερή θα δώσει εμπορικά προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας με βελτιωμένες ιδιότητες (π.χ. θερμική σταθερότητα, μηχανικές ή αντιβακτηριακές ιδιότητες κ.λπ.).
Δύο χαρακτηριστικά παραδείγματα εφαρμογών:
Εφαρμογή 1: Αυτοκινητοβιομηχανία
Από την ιταλική εταιρεία DIAD θα αναπτυχθούν εσωτερικά μέρη αυτοκινήτων πολυτελείας από 3D εκτυπωμένα βιοπροερχόμενα πολυμερή προς αντικατάσταση των παραδοσιακών πλαστικών που προέρχονται από μη ανανεώσιμες πηγές πρώτων υλών. Με την αξιοποίηση των δυνατοτήτων επτά εκ των πιλοτικών γραμμών του BIOMAC, εκτελέστηκαν δοκιμές 3D εκτύπωσης βιοβασιζόμενων ρητινών. Στο επόμενο στάδιο, θα προστεθεί νανοκυτταρίνη για βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων. Ψηφιακό 3D σχέδιο σκιάστρων αυτοκινήτου προς εκτύπωση με τη χρήση βιοπροερχόμενων πολυμερών.
Εφαρμογή 2: Αγροτικές εφαρμογές
Η εταιρεία NOVAMONT, πρωτοπόρος στην ανάπτυξη βιοπροερχόμενων και βιοαποικοδομήσιμων πολυμερών, επίσης από την Ιταλία, αναπτύσσει στα πλαίσιο του BIOMAC βιοαποικοδομήσιμα φύλλα εδαφοκάλυψης και βιοαποικοδομήσιμες στοιβαζόμενες γλάστρες. Οι γλάστρες κατασκευάζονται συνήθως από πολυπροπυλένιο, ένα πλαστικό που παράγεται από το πετρέλαιο, δεν βιοαποικοδομείται και αποτελεί μεγάλο ποσοστό των πλαστικών απορριμμάτων. Το BIOMAC αναπτύσσει φύλλα εδαφοκάλυψης που αντί για αιθάλη θα περιέχουν νανοπρόσθετα από βιομάζα, και βιοπροερχόμενες γλάστρες που θα διατηρήσουν τις μηχανικές ιδιότητες αλλά και θα προσφέρουν βελτιωμένες επιλογές στο τέλος του κύκλου ζωής τους, συμπεριλαμβανομένης της οργανικής ανακύκλωσης.
Οι πιλοτικές γραμμές του έχουν την ικανότητα:
- Να διαχωρίσουν τη βιομάζα σε συστατικά πολύτιμα για ανάπτυξη βιοπροερχόμενων υλικών,
- Να μετατρέψουν τα συστατικά της βιομάζας σε νανοκυτταρίνη με τη χρήση βακτηρίων ή με τη χρήση μύλων και σε νανολιγνίνη με τη χρήση υπερήχων
- Να μετατρέψουν τη βιομάζα σε άνυδρο ξυλάνθρακα, μια ουσία με εξαιρετικές ιδιότητες ως βελτιωτικό εδάφους,
- Να μετατρέψουν τα συστατικά της βιομάζας σε πολύτιμες χημικές ενώσεις από τις οποίες συντίθενται πλαστικά, όπως πολυόλες, διόλες και δικαρβοξυλικά οξέα (σορβιτόλη, βουτανοδιόλη, ηλεκτρικό και γαλακτικό οξύ),
- Να συνθέσουν πλαστικά και ρητίνες από τις προαναφερθείσες χημικές ενώσεις με την προσθήκη των νανοϋλικών,
- Να κατασκευάσουν υλικά με βάση τα παραχθέντα πλαστικά με ρυθμιζόμενες ιδιότητες, με 3D εκτύπωση, εκτυπωμένα ηλεκτρονικά, και φιλμ με νανοτοπογραφία επιφάνειας.
Κατά τους πρώτους 18 μήνες του έργου, οι πιλοτικές γραμμές αναβαθμίστηκαν ώστε να εκμεταλλευτούν πιο αποτελεσματικά οι δυνατότητές τους και να μπορούν να προσφέρουν υπηρεσίες προσαρμοσμένες στην ανάγκη του κάθε πελάτη/της κάθε εφαρμογής. Μεταξύ των αναβαθμίσεων που πραγματοποιήθηκαν συμπεριλαμβάνονται νέες εγκαταστάσεις, ενσωμάτωση βοηθητικών και περιφερειακών συστημάτων, μετατροπή σε συνεχής λειτουργία.
Μερικές από τις αναβαθμισμένες πιλοτικές γραμμές του BIOMAC:
Πιλοτική γραμμή 1:
Μετατροπή βιομάζας σε κυτταρίνη, ημικυτταρίνη και λιγνίνη. Αποτελείται από σύστημα συνεχούς ροής με χωρητικότητα έως και 0,7 λίτρα βιομάζας ανά λεπτό. Luleå University of Technology
Πιλοτική γραμμή 2:
Παραγωγή πολυολών κατάλληλων για τη σύνθεση πλαστικών από σάκχαρα. Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης
Πιλοτική γραμμή 3:
Παραγωγή νανολιγνίνης με υπερήχους. Δυνατότητα κατεργασίας έως 4 L/λεπτό. Creative Nano, Αθήνα
Πιλοτική γραμμή 4:
Σύνθεση βιοπροέρχομενων ρητινών με χωρητικότητα 25 κιλά. Frauhofer WKI, Γερμανία.
Πιλοτική γραμμή 5:
3D εκτύπωση για βιοπροερχόμενα υλικά. AIMEN, Ισπανία.
Στις 21 και 22 Ιουλίου πραγματοποιήθηκε η συνάντηση αξιολόγησης της προόδου των πρώτων 18 μηνών του ερευνητικού έργου BIOMAC στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης.
Οι εταίροι του έργου είχαν την ευκαιρία να συζητήσουν την πρόοδο της έρευνάς τους και έλαβαν θετικά και ενθαρρυντικά σχόλια από τους εκπροσώπους του Ευρωπαϊκού Εκτελεστικού Οργανισμού για την Υγεία και τον Ψηφιακό τομέα (HaDEA), φορέα υλοποίησης προγραμμάτων Horizon2020.
Το BIOMAC αποτελεί ένα από τα τρία μεγαλύτερα ερευνητικά έργα της ΕΕ αυτή την στιγμή, με 34 εταίρους (ακαδημαϊκά ιδρύματα, ινστιτούτα και εταιρείες) από 12 ευρωπαϊκές χώρες και συνολικού προϋπολογισμού 16 721 764.96€.
To BIOMAC συντονίζει ο καθηγητής του Τμήματος Χημείας και διευθυντής του Εργαστηρίου Χημείας και Τεχνολογίας Πολυμερών και Χρωμάτων, Δημήτριος Μπικιάρης.
Στη συνάντηση συμμετείχαν Πανεπιστήμια, ερευνητικά ινστιτούτα και επιχειρήσεις από όλη την Ευρώπη. Η ομάδα πλαισιώνεται ακόμα με τον καθηγητή Κώστα Τριανταφυλλίδη από το Εργαστήριο Χημικής και Περιβαλλοντικής Τεχνολογίας του Τμήματος Χημείας, με τέσσερις μεταδιδακτορικούς ερευνητές και 6 υποψήφιους διδάκτορες. Από την Ελλάδα συμμετέχουν τέσσερις ακόμα εταιρείες καινοτομίας: CreativeNano, Nanotypos, Exelisis και RDC Informatics.
Το οικοσύστημα θα είναι προσβάσιμο μέσω ενός σημείου αναφοράς, το οποίο εκπροσωπεί το δίκτυο Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας (ΙΒΒ) στο Μόναχο της Γερμανίας.
Το οικοσύστημα του BIOMAC θα προσφέρει υπηρεσίες που καλύπτουν την αξιολόγηση του κανονιστικού πλαισίου, της βιωσιμότητας, της κυκλικότητας και του δυναμικού της αγοράς, προσβάσιμες με θεμιτούς όρους και προσιτό κόστος στους ενδιαφερόμενους φορείς, οι οποίοι μπορεί να είναι είτε εταιρίες, είτε ερευνητικοί φορείς. Με τον τρόπο αυτό, το BIOMAC θα συμβάλλει στην προώθηση της κυκλικής οικονομίας στην Ευρώπη βοηθώντας στην ανάπτυξη και εμπορευματοποίηση νέων υλικών που προέρχονται από ανεξάντλητους πόρους, όπως η βιομάζα.
Το οικοσύστημα αποτελείται από τέσσερις κόμβους, οι οποίοι δημιουργήθηκαν με επιτυχία κατά τους πρώτους 18 μήνες του έργου:
1 . Ο κόμβος πιλοτικών γραμμών
2. Ο κόμβος επικύρωσης
3. Ο κόμβος απορρόφησης στην αγορά
4. Ο κόμβος της αλυσίδας αξίας.
Ο κόμβος πιλοτικών γραμμών αποτελείται από 17 πιλοτικές γραμμές, οι οποίες καλύπτουν ολόκληρη την αλυσίδα από την κατεργασία της βιομάζας και την παραγωγή ενδιάμεσων χημικών ενώσεων, έως την παραγωγή βιοπολυμερών και νανοσωματιδίων.
Οι πιλοτικές γραμμές θα είναι διαθέσιμες με ανοιχτή πρόσβαση στους πελάτες του οικοσυστήματος, για να καταφέρουν να αναπτύξουν νέα υλικά που προέρχονται από βιομάζα και περιέχουν νανοϋλικά για την ενίσχυση των ιδιοτήτων τους.
Η επιτυχής λειτουργία του BIOMAC ως κόμβος ανοιχτής καινοτομίας θα επικυρωθεί σε δύο στάδια: στο πρώτο στάδιο θα αναπτυχθούν 5 δοκιμαστικές εφαρμογές που θα επικυρώσουν την ορθή λειτουργία του οικοσυστήματος, στα πεδία της αυτοκινητοβιομηχανίας, αγροκαλλιέργειας, συσκευασίας τροφίμων, κατασκευών και εκτυπώσιμων ηλεκτρονικών. Στο δεύτερο στάδιο θα δημοσιευτεί ανοικτή πρόσκληση εκδήλωσης ενδιαφέροντος για τη βιομηχανία και μικρομεσαίες επιχειρήσεις που ενδιαφέρονται να εμπορευματοποιήσουν προϊόντα από νανο-δομημένα βιοπροερχόμενα πολυμερικά υλικά.
To BIOMAC θα προσφέρει δωρεάν τις υπηρεσίες του σε 5 επιλεγμένους ενδιαφερόμενους φορείς. Οι φορείς θα μπορούν να υποβάλλουν τις προτάσεις τους μέσω της ιστοσελίδας biomac-oitb.eu και οι 5 που θα επιλεχθούν θα έχουν τη μοναδική ευκαιρία να αναπτύξουν τις ιδέες στους στο πεδίο των βιοπροερχόμενων υλικών χωρίς κανένα κόστος.
