24/08/2020
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van de Albert Ludwig Universität Freiburg im Breisgau hebben een biologisch afbreekbare kunststof ontwikkeld op basis van hout.
De viskeuze biopasta is gemakkelijk te verwerken, stolt snel en is geschikt om zelfs complexe structuren in 3D-printen te produceren. Het materiaal maakt potentiële toepassingen in lichtgewicht constructies binnen bereik.
Lignine en kristallen
Lignine versterkt de celwanden van plantencellen en zorgt ervoor dat ze worden omgezet in hout. Door dit mechanisme beschermen planten zichzelf tegen bijvoorbeeld wind of ongedierte. Lignine wordt gezien als afvalproduct bij de papierproductie en wordt meestal verbrand om bio-energie te produceren. De wetenschappers in Freiburg onderzoeken alternatieve manieren om deze grondstof in de toekomst beter te gebruiken.
Zo heeft het team nog eens nader gekeken naar een combinatie van materialen die in de jaren tachtig door een Amerikaans onderzoeksteam is onderzocht. Dit systeem bestaat enerzijds uit vloeibare kristallen op basis van cellulose, het hoofdbestanddeel van plantencelwanden. Deze kristallen zijn behalve voor sterkte ook verantwoordelijk voor het goede vloeigedrag van de biopasta.
De andere component, lignine, kan de microstructuur bij de verwerking van de biokunststoffen 'vastzetten'. De oriëntatie bepaalt de eigenschappen van de biokunststof. Deze kan bijvoorbeeld stijver of flexibeler reageren, afhankelijk van de richting van waaruit een kracht erop inwerkt.
Composietmateriaal
Voor een mogelijke industriële toepassing is echter verder onderzoek nodig, bijvoorbeeld als composietmateriaal in lichtgewicht constructies. Tot nu toe gebruikt het team zuivere lignine die wordt geproduceerd in een pilot-bioraffinage-installatie van het Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse (CBP) in Leuna. Verder moet nog worden onderzocht of het afvalproduct van de papierindustrie ook direct kan worden verwerkt.
De eigenschappen van het biokunststof kunnen op veel manieren worden veranderd, bijvoorbeeld door de bouwstenen chemisch te bewerken of te variëren. Eerdere experimenten zijn uitgevoerd met lignine uit beuken. Als het basismateriaaluit andere planten wordt gewonnen, heeft het ook andere materiaaleigenschappen met andere vloeibare kristallen, ook al zijn deze op cellulose gebaseerd.
De optimale verhoudingen zijn ook verschillend, afhankelijk van de geplande toepassing. Daarnaast testen de onderzoekers een heel andere toepassingsmogelijkheid: het biobased materiaal zou kunnen worden gebruikt om de kwaliteit van bodems te analyseren. Dit gebeurt door de afbreekbaarheid van lignine en cellulose in verschillende bodemsoorten te testen.
De resultaten zijn het resultaat van een onderzoeksproject aan de Universität Freiburg, het Fraunhofer-Institut en de Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) in Dübendorf (Zwitserland).
Foto: Lisa Ebers