Niemieccy i francuscy naukowcy badają nowe sposoby ekstrakcji celulozy z odpadów konopnych. Upatrują w nich tańszego i bardziej ekologicznego materiału do produkcji aerożeli – zaawansowanych technologicznie materiałów, które mają szeroki zakres zastosowań przemysłowych. Co ważne, to nie jest pierwsza wzmianka o konopiach w kontekście przemysłu wysokotechnologicznego.
Aerożele
Aerożele to jedne z najlżejszych materiałów, jakie ludzkość dotychczas stworzyła i najlżejsze substancje stałe. Powstają poprzez połączenie polimeru z rozpuszczalnikiem, w wyniku czego powstaje żel, z którego następnie usuwa się ciecz i zastępuje ją powietrzem. W efekcie aerożele mają niezwykle małą gęstość. W dotyku są stałe, ale wyglądają przeźroczyście, jak chmurka, jak coś z filmu science-fiction.
Pomimo tej całej delikatności, w rzeczywistości są bardzo wytrzymałe strukturalnie i posiadają imponującą zdolność do przenoszenia obciążeń – wytrzymują nacisk 4000 razy większy od ich masy własnej.
Stanowią jeden z najlepszych dostępnych materiałów izolacyjnych. Znajdują przez to zastosowanie w miejscach, gdzie nic innego nie da sobie rady – wykorzystywane zostały m.in. jako izolacja w łaziku marsjańskim. Z innych ciekawych zastosowań warto wymienić:
- oczyszczanie rozlewów,
- oczyszczanie ścieków,
- pasywne chłodzenie radiacyjne,
- izolacja akustyczna,
- wychwytywanie pyłu kosmicznego,
- ochrona termiczna dla nurków US Navy,
- ocieplanie skafandrów kosmicznych NASA,
- rakiety tenisowe,
- i wiele innych.
Pierwsze aerożele powstały już w latach 30. XX wieku. Przez lata ewoluowały, powstając z wykorzystaniem coraz to nowocześniejszych materiałów. Dziś najczęściej używa się do ich produkcji krzemionkę, ale także węgiel, tlenki metali, a najnowszą propozycją jest celuloza z konopi.
Konopie jako materiał do tworzenia aerożeli
Dotychczasowe metody produkcji aerożeli nie są wyjątkowo ekologiczne. Naukowcy szukają więc materiałów bardziej przyjaznych dla środowiska. Postawili na konopie. A konkretnie na celulozę, w którą są bogate.
Celuloza stanowi bowiem aż 65%-75% składu biochemicznego włókien konopnych. Dodatkową zaletą jest to, że można ją uzyskać z odpadów. Istnieje technologia pozwalająca tanio i bezpiecznie pozyskiwać celulozę właśnie z tych materiałów, choć jest niestety czasochłonna. Z tego powodu niemieccy i francuscy naukowcy badają nowe sposoby ekstrakcji celulozy z odpadów konopnych.
Ich sukces umożliwi sytuację, w której inne podmioty będą mogły, po wykorzystaniu już konopi w takim zakresie, w jakim planowali, przekazać resztki po obróbce łodyg do laboratorium zajmującego się tworzeniem aerożeli. To więc nie tylko bardziej ekologiczna metoda produkcji aerożeli, ale także wzrost rentowności biznesów konopnych, które będą w stanie czerpać zyski z tego, co dziś jest odpadem.
Jeżeli brzmi to jak obietnica bez pokrycia, warto zwrócić uwagę, że badania są finansowane przez konsorcjum czterech europejskich uniwersytetów, instytutu badawczego i dziewięciu firm, a rynek aerożeli szacuje się na miliard dolarów, z prognozowanym wzrostem o 17% rokrocznie co najmniej do 2030 roku. Dodatkowo badania obejmują również możliwość komercjalizacji takiego rozwiązania, choć sami badacze przyznają że jest to największym wyzwaniem przedsięwzięcia.
Aerożele to nie wszystko – konopie w przemyśle wysokotechnologicznym
Na początku roku w Teksasie badano konopie jako kluczowy składnik tańszych, bezpieczniejszych, lepiej działających i mniej problematycznych dla środowiska baterii do pojazdów elektrycznych. Startup Bemp Research Corp. stworzył prototyp baterii konkurencyjnej dla konwencjonalnych akumulatorów litowo-jonowych. Firma zapewnia, że ich produkt jest lepszy we wszystkich aspektach: w zakresie kosztów, masy, wydajności i możliwości recyklingu. Jeśli tego rodzaju bateria zostanie uszkodzona, przebita, wygięta lub zgnieciona, siarka natychmiast wejdzie w reakcję z litem tworząc niepalną warstwę zapobiegającą pożarom, które elektrycznym pojazdom się zdarzają. Bemp szacuje, że przy szybkim ładowaniu żywotność jednostki to około 160 000 kilometrow, a przy wolnym ładowaniu jeszcze więcej.
W temacie transportu nie można zapomnieć także o konopnych biopaliwach. Większość współczesnych biopaliw jest produkowana z kukurydzy. Jednak już dziś istnieje technologia produkcji z konopi. Takiego biopaliwa niestety nie można stosować zamiennie z pozostałymi paliwami etanolowymi (jak wspomniane kukurydziane), ale jest o wiele bardziej przyjazne dla środowiska i wydajne – według prognoz przy upowszechnieniu i wprowadzeniu na szeroką skalę paliwa te byłyby o wiele bardziej ekonomiczne niż kukurydziane.
Jednak by dorównać futurystyczności aerożeli trzeba sięgnąć po superkondensatory. Nanopłytki powstałe z konopi sprawdzają się tam równie dobrze, co grafen. Produkowane są z włókien łyka konopnego, przez podgrzewanie przez całą dobę w temperaturze 350 stopni. Powstałe nanoarkusze są lepsze w przechowywaniu energii niż nanopłytki grafenowe, przy ułamku kosztów produkcji. Są przy tym także znacznie bardziej przyjazne dla środowiska niż produkcja grafenu. Wyjaśnia to też potencjał konopi jako materiału do produkcji baterii.
To tylko kilka spośród wszystkich zaawansowanych technologicznie zastosowań konopi. Rośliny te umożliwiają prowadzenie zrównoważonych upraw, przez co mają ogromny potencjał – zarówno dla nauki i gospodarki, jak i dla planety.
Źródła
- https://www.nasa.gov/topics/technology/features/aerogels.html
- https://www.youtube.com/watch?v=kHnen2nSmDY
- https://hemptoday.net/european-researchers-probing-hemp-cellulose-for-use-in-high-tech-gels/
- https://www.energytech.com/energy-storage/article/21177341/will-hemp-make-ev-batteries-better
- https://technical420.com/cannabis-article/the-high-tech-industrial-applications-of-hemp-are-endless/
Zdjęcie wyróżniające: kwiat leżący na aerożelu unoszonym przez płomień palnika, NASA
