Evesina, ez a szerény anyag, amely évszázadok óta támogatja az épületeket és a fűtött házakat, nemrég új arcát mutatta. A Torontói Egyetem kutatói hőkezeléssel olyan bioszént állítottak elő, amely mechanikai szilárdsága összehasonlítható az enyhe acéléval. A titok a fa természetes szerkezetének megőrzésében rejlik.
A struktúra minden
A haladás egyszerű elven alapul: az irány számít. A bioszén keménysége jelentősen változik a farostok mentén és merőlegesen. Bizonyos esetekben a keménység akár 28,5-szer nagyobb az egyik irányban, mint a másikban. Ezt a jelenséget mechanikai anizotrópiának nevezzük, ami azt mutatja, hogy a bioszén ereje nem csak kémiai összetételében, hanem a fa belső szerkezetében rejlik.
A növényi sejtek mikroszkopikus csatornáinak megőrzésével a karbonizált bioszén az eredeti fa funkcionális kövületét utánozza, de olyan tulajdonságokkal, amelyek alkalmassá teszik szerkezeti és energiarendszeri alkalmazásokra.
A természet mint projekt
A Green Technology Laboratory kutatócsoportja, Charles Jia professzor vezetésével, hét növényfajt vizsgált (juhar, fenyő, bambusz, afrikai vasfa stb.). 600–1000 °C közötti hőmérsékleten vizsgálták a keménység, sűrűség és széntartalom változását.
Különösen az afrikai vasfa emelkedett ki, tengelyirányú keménysége 2,25 GPa, ami hasonló az enyhe acéléhoz. Nanoméretben azonban minden minta hasonló keménységű volt, ami arra utal, hogy az anyag ereje a pórusok és rostok szerveződésében rejlik.
Sokkal több, mint műtrágya
A bioszén hagyományosan talajjavítóként ismert, de ez a kutatás univerzális szerkezeti anyagként is pozícionálja.
Előnyei:
- Növényi hulladékból állítják elő, például fa metszésből, mezőgazdasági melléktermékekből vagy erdei hulladékból.
- A gyártás során (pirolízissel) változó paraméterekkel, például hőmérséklet vagy alapanyag módosításával adaptálható a kívánt tulajdonság.
Felhasználási lehetőségek: irányított áramlási szűrők, energiatároló rendszerek elektródái, szerkezeti kompozitok. A bioszén alacsony környezeti hatású, magas funkcionalitású és megújuló alternatíva a hagyományos fémekkel és műanyagokkal szemben.
Példák már rendelkezésre állnak
- Az USA-ban a Charm Industrial bioszént használ hosszú távú szén-dioxid-leválasztáshoz.
- Svéd és német kutatók bioszén alapú építőelemekkel és hőszigeteléssel kísérleteznek, kihasználva annak erejét és páraszabályozó képességét.
- Az európai jogszabályok ösztönözhetik a tartós és biztonságos bioszén felhasználást az építőiparban.
Potenciál
A strukturális bioszén elősegíti a fenntartható gazdaságot:
- Hasznosítja a mezőgazdasági és erdészeti hulladékot.
- Csökkenti az acél- és cementgyártás kibocsátását.
- Biológiailag lebomló és újrahasznosítható termékeket biztosít a fosszilis polimerek helyett.
- Stabilan képes megkötni a szenet, akár évszázadokig.
- Alkalmazható vidéki vagy vészhelyzeti infrastruktúrában, ahol a helyi biomassza kiválthatja az energiaigényes anyagokat.
Tanulság: A természet már megoldotta sok modern mérnöki probléma alapjait. A bioszén felfedezése arra emlékeztet, hogy a fenntartható jövőt a természet adta megoldásokra alapozhatjuk.
