10 niesamowitych biomateriałów przyszłości

dodano: 2022-11-01 17:59
autor: Beata Wiśniowska | źródło: chlorofilowydziennik.pl

Tradycyjny przemysł powoli wyczerpuje zasoby naszej planety. Kurczą się grunty orne, a gleba jest pełna śmieci, zanieczyszczana jest woda słodka i morska, najszybciej widać to po stanie powietrza. Wyczerpują się zasoby mineralne i trzeba po nie sięgać coraz głębiej i szerzej. Nauka nieustannie poszukuje rozwiązań tych problemów. Czy można zamienić odpady w kopalnię złota? Czy można wybudować dom z nowoczesnych materiałów bez szkody dla przyrody? Może bardziej przyjazne dla zwierząt sposoby produkcji ubrań i butów? A może uda się zrobić kamizelki kuloodporne z pajęczyn czy meble z grzybów? Dla biotechnologii nie ma rzeczy niemożliwych i pokażemy, że tak można.

10 niesamowitych biomateriałów przyszłości:

1. Dom z odpadów i wiórów drzewnych

Obierki z owoców i warzyw, plewy i słoma mogą być całkiem niespodziewanie przydatne w budownictwie. Stare chaty ze słomy lub trzciny, posmarowane gliną, teraz mogą być zastępowane przez bardziej nowoczesne materiały - bloki trzcin i słomy, które mogą stać się izolacją domu. Arbolit wykonany z trocin, zrębków i betonu doskonale nadaje się do wygłuszania i od dawna stał się również znanym materiałem budowlanym.
 

Inne materiały kompozytowe są znacznie bardziej zaskakujące. Stworzone przez naukowców bloczki z łusek gryki lub ryżu każą spojrzeć świeżym okiem na określenie „to wszystko łuska”. Wymyślono też wytwarzanie materiałów budowlanych z prasowanych igieł drzew iglastych. Japońscy naukowcy również nie pozostają daleko w tyle: stworzyli bloki ze skórki dyni, ze skórek owoców i z łupin cebuli. Nawet jeśli nie wszystkie opcje pasowałyby do bardzo surowego, górskiego klimatu, ale dlaczego nie zamienić śmieci w coś pożytecznego? W wielu krajach są tysiące ton łusek ryżowych rocznie, których nie jest tak łatwo się pozbyć. Być może to ciekawy sposób na ich pozbycie się w eko-budowlance.

2. „Mleczny” plastik, pościel i dywany z liści kukurydzy i buraków

Inne polimery z tworzyw sztucznych można wytwarzać z surowców naturalnych. Podobnie jak opakowania z rybich łusek, nie wytrzymają długo. Ale takie materiały rozkładają się bez uwalniania szkodliwych substancji i nie zostaną na coraz większych wysypiskach dla przyszłych pokoleń. 

Jednym z powszechnych rodzajów bioplastików są polilaktydy. Wykonane są z kwasu mlekowego, ale pozyskiwany jest nie z mleka, ale z surowców roślinnych. Do tego nadają się liście kukurydzy lub buraków cukrowych, ale także skrobia ziemniaczana czy kukurydziana. Na bazie polilaktydów możliwe jest tworzenie nie tylko opakowań produktów czy sztućców (ekologiczne sztućce, które rozkładają się w 3 miesiące powstały na Politechnice Gdańskiej).
 
Kompozyty polilaktydowe są mocniejsze i przez to przydatne w produkcji samochodów czy kasków. Ponadto z przędzy polilaktydowej można tworzyć pościel, dywany i materace. I to wszystko z liści kukurydzy lub buraków cukrowych? Kto by pomyślał, że w wielu krajach przy zbiorach i produkcji cukru marnowane są tysiące ton liści buraków cukrowych?!

3. Opakowanie z rybich łusek zamiast plastiku

Ani jedna część ryby nie powinna być marnowana, jeśli podejdzie się do sprawy mądrze. Wielu słyszało o damskich torebkach z rybiej skóry, ale co z workami zastępującymi te z plastiku? Lucy Hughes, studentka Uniwersytetu Sussex, wpadła na banalny i genialny pomysł, a nie chciała używać plastiku do pakowania produktów o kilkudniowym okresie przydatności do spożycia. Studentka dogadała się z MCB Seafoods, przetwórnią i hurtownią ryb w Newhaven. Podczas zwiedzania zakładu zidentyfikowano różne odpady, nad którymi teoretycznie można pracować, w tym: podroby, krew, szkielety zewnętrzne skorupiaków i mięczaków oraz skóry i łuski ryb. Po zbadaniu różnych strumieni odpadów stało się jasne, że skóry i łuski ryb mają największy potencjał, ze względu na ich elastyczność i wytrzymałość białek.
 

Po ponad 100 eksperymentach z odpadami rybnymi Lucy Hughes w końcu stworzyła cienki, elastyczny i mocny materiał. Oczywiście nie były to tylko lepkie łuski z ryby, ale zwykłe przezroczyste torby. Są wykonane z białka łuski ryb i czerwonych alg - wyglądają jak polietylen. Według tej technologii z resztek jednego ryby z Atlantyku uzyskuje się około 1400 małych worków. Ale najważniejsze jest to, że takie opakowanie nie zanieczyści przyrody i ulegnie rozkładowi w zaledwie półtora miesiąca w zwykłym kompostowniku domowym.

4. Jednorazowa zastawa stołowa z trzciny, liści palmowych i glicerolu?

Tu skupimy się na innym rodzaju biotworzyw - polihydroksyalkanianach (PHA). Mogą być wykorzystywane do produkcji wyrobów medycznych, opakowań, jednorazowych tacek i przyborów, których niektóre europejskie linie lotnicze używają, aby uniknąć cierpienia z powodu zakazu opakowań z tworzyw sztucznych. Polihydroksyalkaniany (PHA) mogą być również przydatne w farmakologii, przemyśle spożywczym, rolnictwie i użyteczności publicznej. PHA są termoplastyczne i, w zależności od ich składu chemicznego, ciągliwe oraz mniej lub bardziej elastyczne. Do tego są odporne na działanie promieniowania UV, w przeciwieństwie do innych biopolimerów jak polilaktyd - mają niską przepuszczalność wilgoci. PHA to doskonałe biokompatybilne materiały ze względu na brak toksyczności dla ludzkich tkanek i krwi. 

Opracowane opatrunki mają pomóc w regeneracji uszkodzeń przy oparzeniach. Cienka pianka wytworzona z elastycznego PHA ma stanowić swoistą architekturę do odbudowy skóry. Opatrunek pozostanie z pacjentem aż do momentu całkowitego wyleczenia zmienionego miejsca, będzie odżywiał odradzającą się skórę, opcjonalnie dostarczał lokalnie wybrany lek, a na zakończenie zostanie „wchłonięty” przez nasz organizm. Drugą grupą pacjentów, którzy skorzystają z tych biomateriałów mogą być Ci, którzy wymagają wszczepienia implantów kostnych. Opracowane hybrydowe materiały ceramika-PHA pozwalają na regenerację tkanki kostnej w miejscach, gdzie nie dochodzi do zbytnich przeciążeń mechanicznych, a wymagane jest precyzyjne uzupełnienie brakującej tkanki.

Wcześniej pożądane związki pozyskiwano z cukrów roślinnych (na przykład z trzciny cukrowej lub liści palmowych), ale ta opcja była dość droga. Naukowcy wymyślili alternatywę, bo polihydroksyalkaniany można syntetyzować z glicerolu. Początkowo produkt końcowy zawierał pewne zanieczyszczenia. Posłużono się tu bakteriami pomogło się ich pozbyć. Udoskonalając technologię, naukowcom udało się obniżyć koszt produktu końcowego.

5. Pajęcza sieć dla produkcji kurtek, trampek, strun i kamizelek kuloodpornych

Trudno znaleźć osobę, która nie słyszała, że ​​sieć pająków jest cieńsza od ludzkiego włosa, ale mocniejsza do zerwania niż stal. Jednak wynalazcy wykroczyli poza zwykły podziw dla tego materiału. Z włókien białkowych odpowiedzialnych za wytrzymałość sieci powstają eleganckie cienkie tkaniny przypominające jedwab, a także kurtki, trampki, kamizelki kuloodporne i struny do instrumentów muzycznych.
 

Należy uspokoić arachnofobów: do tego nie jest wymagana hodowla hord pająków. Nowoczesne technologie umożliwiają wprowadzenie genów niezbędnych białek pajęczych do genomu jedwabników, bakterii, grzybów, a nawet… kóz. Te ostatnie oczywiście nie tkają sieci, ale mogą wytwarzać niezbędne białka w swoim mleku. Jak widać pomaga tu genetyka, a możliwości są ogromne.

6. Wełna roślinna i efekt motyla

Wełna, jak wiemy, pozyskiwana jest z alpak, wielbłądów, kóz, ale najczęściej jest to owca. Oczywiście wystarczy je strzyc. Ale warunki ich przetrzymywania niepokoją wielu zwolenników zwierząt. Ponadto pojawia się nowa nisza konsumencka: niektórzy weganie starają się w miarę możliwości odrzucać wszystkie produkty pochodzenia zwierzęcego i rozważają strzyżenie owiec jako wyzysk. Ponadto wypas owiec może zagrażać lokalnym ekosystemom: stada zużywają dużo wody i szybko przenoszą się na nowe pastwiska, pozostawiając zadeptaną ziemię, na której nic nie rośnie. Dlatego biolodzy nieustannie poszukują innych surowców na nasze puszyste szale i swetry.

Jeden rodzaj wełny roślinnej jest wytwarzany z białka sojowego, które jest pozostałością po produkcji tofu. Ubrania wykonane z takich surowców są pod pewnymi względami nawet lepsze od oryginału: nie kurczą się podczas prania i nie rozciągają się podczas suszenia. Jest jeszcze jedna zaleta: mole nie będą zainteresowane. Jeśli chodzi o izolację, zamiast puchu i piór naukowcy sugerują użycie koron nasion lub kwiatów bawełny. 

7. Nici ze skórek pomarańczy - czy to możliwe?

Dziś wielu kupujących dąży do tego, aby stać się bardziej humanitarnymi i nie chce, aby jedwabniki umierały podczas wydobywania cennej nici. Ale jedwab jest daleki od granic pomysłowego i zmiennego świata mody, w którym zawsze jest miejsce na eksperymenty. Jednym z aktualnych trendów proekologicznych jest przetwarzanie skórki pomarańczowej na nić celulozową. Powstaje z niego miękka, gładka i błyszcząca tkanina, przypominająca właściwościami wiskozę.



Produkty z dodatkiem nici z „pomarańczowego jedwabiu" można już znaleźć poza pokazami mody – czasami trafiają na rynek masowy. Tak więc technologia wkrótce się zakorzeni. Jednocześnie nie trzeba się martwić, że ten zasób się wyczerpie: ponad 700 tys. ton odpadów przy produkcji  soku pomarańczowego rocznie trafia na wysypiska w samych Włoszech.

8. Filiżanki do kawy z… kawy i bioskóra [przepis]

Tylko w ciągu jednego dnia ludzkość wypija 400 milionów filiżanek kawy, tym samym ogromna ilość fusów i ciast z kawą trafia na wysypiska śmieci, choć to cenny nawóz dla wielu roślin. Jednak ten rodzaj odpadów może być bez problemów przekształcony w cenny surowiec. Europejskie start-upy zaczęły zbierać ciastka z kawiarni i przekształcać je w kubki, spodki i szklanki wielokrotnego użytku z pokrywkami za pomocą bezpiecznego dodatku do kleju. Aby uzyskać trwałość, dodaje się do nich również włókna drzewne.

Są inne ciekawe zastosowania: znalazł się producent, który wytwarza oprawki do okularów, inny drukuje filiżanki do... kawy na drukarce 3D. Istnieją również marki odzieżowe, które wykorzystują materiał na bazie fusów kawy. Służy do robienia nici do szycia skarpet oraz do przędzenia lekkich tkanin w gorącym klimacie.

W Internecie znaleźliśmy ciekawy i sprawdzony przepis na bioskórę z kawy.

Bioskóra z kawy (przepis - wszystko w gramach na precyzyjnej skali):

• 2g alginianu sodu
• 2g suszonych ziaren kawy z dowolnych odpadów organicznych w proszku
• 2g oliwy z oliwek
• 5g gliceryna
• 33g wody

Miks do stwardnienia:
7 g chlorku wapnia w 100ml wody

9. Eko-torby bez skóry zwierzęcej

Nowym trendem stała się również ekologiczna skóra. Kupujący chcą uzyskać piękną, wysokiej jakości sztuczną skórę wykonaną z naturalnych surowców. Producenci torebek z grzybów starają się zaspokoić gusta klientów. W tym kierunku od razu specjalizuje się kilka firm, którym udało się zainteresować znane domy mody. Jednocześnie takie „grzybowe torby" w niczym nie ustępują naturalnym. Przetworzony biotechnologicznie materiał z grzyba może przypominać strukturą skórę krowy, jagnięciny czy strusia.

Grzyby zwykle są łatwe w uprawie w dowolnej ilości, tworząc produkty o dowolnym kształcie bez szwów. O ile produkcja torebek z grzybów, obuwia czy tapicerki meblowej jest droga, ale w świecie luksusowej mody nie jest to minus. Ale prawdziwa ekoskóra jest całkowicie biodegradowalna i powstaje bez szkodliwej obróbki chemicznej. Z czasem technologia może stać się bardziej masowa i tańsza. Inne opcje surowców do ekoskóry to liście ananasa, łodyga kaktusa i wytłoki z winogron, które powstają podczas produkcji wina. 

10. Nowoczesne projekty na bazie grzybów

Jednak z grzybów można zrobić nie tylko zamienniki skóry. Ten niedrogi surowiec może przydać się w życiu codziennym. Grzyby rosną dość szybko, dając ogromne możliwości kreatywności. Możliwa jest produkcja np. lamp grzybkowych, paneli do izolacji akustycznej, grzybkowe półki lub szafki nocne. Także oprawki okularowe można zrobić nie tylko z kawy.

Wszystkie te opcje są już dostępne na rynku. Wystarczy pozwolić grzybni wyrosnąć w pożądanej formie i dodać substancje uzupełniające kompozyt – i produkt jest gotowy. Taki biomateriał z łatwością zastąpiłby wiele plastikowych i drewnianych przedmiotów, które otaczają nas w każdym pomieszczeniu. Ogólnie rzecz biorąc, temat możliwości zastosowania grzybów jest prawie nieograniczony, chociaż jak dotąd wynik wygląda jak fanaberia sztuki współczesnej.

Podsumowanie

Nowe biomateriały to pasjonujący obszar badań, pełen wyobraźni, rozwiązań przyjaznych dla ekosystemu, trendów w modzie i wielu innych aspektach życia. Wydaje się, że im bardziej ludzkość zauważy szkodliwość plastików materiałów wytworzonych sztucznie, które trafiają do środowiska i albo nie ulegają rozkładowi, albo trwa długo, to tym szybciej będą stosować biotworzywa i naturalnie rozkładane materiały.

 

Źródło: sussex.ac.uk  travelerscoffee.ru  fabtextiles.org

Materiał chroniony prawem autorskim - wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy.

• Koronawirus i lampy UV-C do sterylizacji [wideo]
• W Rosji opracowano biomorficzny neuroprocesor

Więcej z kategorii Biotechnologia

HOLLEX.PL - Twój sklep internetowy