Полиамид прочный и гибкий, что позволяет его скручивать и складывать, не ломая. Фото: Лоренц Манкер/EPFL
В современном быстро развивающемся индустриальном обществе поиск экологически чистых материалов актуален как никогда. Пластмассы, которые являются обычной частью повседневной жизни, представляют собой серьезные экологические проблемы, в первую очередь из-за их происхождения из ископаемого топлива и проблем с их утилизацией.
Теперь исследование, проведенное командой Джереми Лютербахера из EPFL, раскрывает новаторский подход к производству высокоэффективных пластмасс из возобновляемых ресурсов. Исследование, опубликованное в Устойчивое развитие природыпредставляет новый метод создания полиамидов – класса пластмасс, известных своей прочностью и долговечностью, наиболее известными из которых являются нейлоны – с использованием сахарного ядра, полученного из сельскохозяйственных отходов.
Новый метод использует возобновляемый ресурс, а также обеспечивает эффективное преобразование и с минимальным воздействием на окружающую среду.
Высокоточная экструзия нити для 3D-печати. Фото: Лоренц Манкер/EPFL
Экологические преимущества и эффективность
«Типичным пластикам на основе ископаемых нужны ароматические группы, чтобы придать им жесткость – это придает им такие эксплуатационные свойства, как твердость, прочность и устойчивость к высоким температурам», – говорит Лютербахер. «Здесь мы получаем аналогичные результаты, но используем структуру сахара, которая широко распространена в природе и, как правило, совершенно нетоксична, чтобы обеспечить жесткость и эксплуатационные свойства».
Лоренц Манкер, ведущий автор исследования, и его коллеги разработали безкатализаторный процесс преобразования диметилглиоксилат-ксилозы, стабилизированного углевода, полученного непосредственно из биомассы, такой как древесина или кукурузные початки, в высококачественные полиамиды. Этот процесс достигает впечатляющих результатов. атом эффективность 97%, что означает, что почти весь исходный материал используется в конечном продукте, что значительно снижает количество отходов.
Окрашенные и натуральные полиамидные волокна после экструзии. Фото: Лоренц Манкер/EPFL
Полиамиды биологического происхождения обладают свойствами, которые могут конкурировать со своими ископаемыми аналогами, предлагая многообещающую альтернативу для различных применений. Более того, материалы продемонстрировали значительную устойчивость благодаря множеству циклов механической переработки, сохраняя свою целостность и производительность, что является решающим фактором для управления жизненным циклом экологически чистых материалов.
Потенциальные области применения этих инновационных полиамидов обширны: от автомобильных деталей до потребительских товаров, причем все они имеют значительно сниженный углеродный след. Технико-экономический анализ и оценка жизненного цикла группы показывают, что эти материалы могут быть конкурентоспособными по цене по сравнению с традиционными полиамидами, включая нейлоны (например, нейлон 66), с потенциальным снижением глобального потепления до 75%.
Ссылка: «Эффективные полиамиды, созданные на основе экологически чистого углеводного ядра» Лоренц П. Манкер, Максим А. Хеду, Клемент Брогги, Мари Дж. Джонс, Кристоффер Кортсен, Калайяраси Пуванентиран, Йилдиз Куппер, Хольгер Фрауэнрат, Франсуа Марешаль, Вероник Мишо, Роджер Марти, Майкл П. Шейвер и Джереми С. Лютербахер, 13 марта 2024 г., Устойчивое развитие природы.
DOI: 10.1038/s41893-024-01298-7
Финансирование: Швейцарский национальный научный фонд (SNSF), NCCR Catalice, грант Марии Склодовской-Кюри, Федеральная политехническая школа Лозанны, Фонд промышленной стратегии (ISCF), «Умная устойчивая пластиковая упаковка», Центр инноваций в области устойчивых материалов.
Производство этих материалов в настоящее время расширяется за счет дочерней компании EPFL. Блум Биовозобновляемые источники энергиив попытке вывести их на рынок.