Målet är att ersätta oljebaserade material som inte bryts ned. Potentiella tillämpningar: grön elektronik, energilagring, hållbara förpackningar, smarta textilier, bland annat.
- Bakterier producerar biologiskt nedbrytbar cellulosa.
- Ny teknik: kontrollerad rotation för att rikta in fibrerna.
- Nanolameller av bornitrid tillsätts.
- Resultat: starkt, flexibelt och transparent material.
- Potentiellt ersättningsmaterial för plast, förpackningar, textilier, grön elektronik.
- Upp till 553 MPa draghållfasthet.
- 3 gånger bättre värmeavledning.
- Skalbar teknik med låg miljöpåverkan.
University of Houston utvecklar en möjlig ersättning för plast
Förbättrad bakteriecellulosa för hållbara och miljövänliga material för daglig användning
Som svar på det allvarliga globala problemet med plastföroreningar har biträdande professor Maksud Rahman vid University of Houston utvecklat en ny metod för tillverkning av bakteriell cellulosa med avsevärt förbättrade mekaniska och funktionella egenskaper. Denna modifierade cellulosa har reell potential att ersätta plast i olika vardagliga tillämpningar, från förpackningar till textilier och elektroniska apparater.
Vad är bakteriell cellulosa?
Bakteriell cellulosa är en naturlig, biologiskt nedbrytbar och biokompatibel biopolymer som produceras av bakterier som Komagataeibacter xylinus. Till skillnad från plast kommer den inte från petroleum och genererar inga bestående avfall i miljön.
Dess mekaniska svaghet och begränsade funktionalitet har dock hindrat dess massiva användning… tills nu.
Rahmans team introducerade ett rotationsodlingssystem, där cellulosaproducerande bakterier odlas i en syresatt cylinder som roterar konstant. Rotationen skapar ett riktat vätskeflöde, vilket tvingar bakterierna att röra sig i ordnade mönster.
En cellulosastruktur med inriktade nanofibrer, vilket avsevärt förbättrar dess hållfasthet, flexibilitet och mekaniska stabilitet.
Förstärkning med nanomaterial: bornitrid
För att gå ett steg längre tillsatte forskarna nanolameller av bornitrid till odlingsmediet. Resultatet blev ett hybridmaterial med:
- Draghållfasthet upp till 553 MPa.
- Optisk transparens.
- Långsiktig mekanisk stabilitet.
- Tre gånger effektivare värmeavledning än omodifierad cellulosa.
Dessa egenskaper öppnar dörren för tillämpningar inom värmehantering, konstruktionsmaterial, miljövänlig elektronik, tekniska textilier och mycket mer.
En enkel, skalbar och hållbar process
En av de största fördelarna med Rahmans metod är dess skalbarhet. Det är en enkel bioteknisk process som inte kräver giftiga kemikalier eller extrema förhållanden.
Systemet gör det möjligt att justera materialets egenskaper genom att ändra odlingsförhållandena eller de tillsatta nanomaterialen. Med andra ord kan slutprodukten anpassas efter önskad användning.
Potentialen för denna teknik
Denna framsteg har en direkt inverkan på kampen mot plast. Tack vare sitt naturliga ursprung, sin biologiska nedbrytbarhet och sin höga prestanda skulle den förbättrade bakteriecellen kunna ersätta syntetiska polymerer i viktiga sektorer:
- Biologiskt nedbrytbara förpackningar för livsmedel, drycker och konsumtionsvaror.
- Hållbara textilier med tekniska egenskaper.
- Miljövänlig elektronik med bättre värmehantering.
- Medicinskt material som biologiskt nedbrytbara förband eller bandage.
- Komponenter för batterier och energilagringsenheter.
Dessutom är processen energisnål, oberoende av fossila resurser och baserad på bakteriekulturer som kan skalas upp utan att skada miljön.
Denna utveckling är inte bara en milstolpe inom materialvetenskapen, utan kan också bli ett verkligt verktyg för att förändra vårt förhållande till plast och gå mot en verkligt cirkulär och hållbar ekonomi.
