Het doel is om materialen op basis van aardolie te vervangen die niet afbreekbaar zijn. Mogelijke toepassingen: groene elektronica, energieopslag, duurzame verpakking, slim textiel, enz.
- Bacteriën produceren biologisch afbreekbare cellulose.
- Nieuwe techniek: gecontroleerde rotatie om vezels uit te lijnen.
- Boornitride nanolagen worden toegevoegd.
- Resultaat: sterk, flexibel en transparant materiaal.
- Potentiële vervanging voor plastic, verpakking, textiel, groene elektronica.
- Tot 553 MPa treksterkte.
- 3 keer betere warmteafvoer.
- Schaalbare technologie met weinig impact op het milieu.
Universiteit van Houston ontwikkelt potentiële vervanger voor plastic
Verbeterde bacteriële cellulose voor sterke, milieuvriendelijke alledaagse materialen.
Als reactie op het ernstige wereldwijde probleem van plasticvervuiling heeft assistent-professor Maksud Rahman van de Universiteit van Houston een nieuwe manier ontwikkeld om bacteriële cellulose te maken met aanzienlijk verbeterde mechanische en functionele eigenschappen. Deze gemodificeerde cellulose heeft het reële potentieel om plastic te vervangen in een verscheidenheid aan alledaagse toepassingen, van verpakking tot textiel tot elektronische apparaten.
Wat is bacteriële cellulose?
Bacteriële cellulose is een natuurlijk, biologisch afbreekbaar en biocompatibel biopolymeer dat wordt geproduceerd door bacteriën zoals Komagataeibacter xylinus. In tegenstelling tot plastic is het niet afkomstig van aardolie en genereert het geen persistente residuen in het milieu.
De mechanische zwakte en beperkte functionaliteit verhinderden echter massaal gebruik… tot nu.
Technologische innovatie: nanovezels uitlijnen door roterende stroom
Het team van Rahman introduceerde een roterend kweeksysteem, waarbij cellulose-producerende bacteriën worden gekweekt in een constant roterende cilinder met zuurstof. Deze rotatie creëert een gerichte vloeistofstroom die de bacteriën dwingt om op een geordende manier te bewegen.
Het resultaat?
Een cellulosestructuur met uitgelijnde nanovezels, wat de sterkte, flexibiliteit en mechanische stabiliteit sterk verbetert.
Versterking met nanomaterialen: boornitride
Om nog een stap verder te gaan, voegden de onderzoekers nanosheets van boornitride toe aan het kweekmedium. Het resultaat was een hybride materiaal met:
- Treksterkte tot 553 MPa.
- Optische transparantie.
- Mechanische stabiliteit op lange termijn.
- Thermische dissipatie drie keer efficiënter dan ongewijzigde cellulose.
Deze eigenschappen openen de deur naar toepassingen in thermisch beheer, structurele materialen, groene elektronica, technisch textiel en nog veel meer.
Een eenvoudig, schaalbaar en duurzaam proces
Een van de grootste voordelen van Rahmans benadering is de schaalbaarheid. Het is een biotechnologisch proces in één stap, zonder giftige chemicaliën of extreme omstandigheden.
Het systeem maakt het mogelijk om de eigenschappen van het materiaal aan te passen door de kweekomstandigheden of de toegevoegde nanomaterialen te wijzigen. Met andere woorden, het eindproduct kan worden aangepast aan de gewenste toepassing.
Potentieel van deze technologie
Deze doorbraak heeft een directe impact op de strijd tegen plastic. Dankzij de natuurlijke oorsprong, biologische afbreekbaarheid en hoge prestaties zou verbeterde bacteriële cellulose synthetische polymeren kunnen vervangen in belangrijke sectoren:
- Biologisch afbreekbare verpakkingen voor voedsel, dranken en consumentenproducten.
- Duurzaam textiel met technische eigenschappen.
- Groene elektronica met verbeterd thermisch beheer.
- Medische materialen zoals biologisch afbreekbare verbanden.
- Componenten voor batterijen en energieopslagapparaten.
Bovendien is het proces energie-efficiënt, niet afhankelijk van fossiele bronnen en gebaseerd op bacterieculturen die kunnen worden opgeschaald zonder het milieu te schaden.
Deze ontwikkeling is niet alleen een mijlpaal in de materiaalkunde, maar kan ook een echt hulpmiddel worden om onze relatie met kunststoffen te transformeren en te evolueren naar een echt circulaire en duurzame economie.
