Aerożele nowej generacji oferują rozwiązania dla przemysłu
Kluczowym rezultatem było opracowanie nowych skalowalnych procesów produkcyjnych dla cząsteczek aerożelowych. Budowa instalacji pilotażowej na Uniwersytecie Technologicznym w Hamburgu umożliwiła zespołowi projektu NanoHybrids (New generation of nanoporous organic and hybrid aerogels for industrial applications: from the lab to pilot scale production) wyprodukowanie prototypowych cząsteczek aerożelowych w nowych rozmiarach i w ilościach wystarczających partnerom przemysłowym do ich przetestowania w nowych zastosowaniach. Uzyskano nowe informacje na temat charakterystyki materiałów, a procesy produkcyjne będą nadal optymalizowane aż do zakończenia projektu w kwietniu 2019 roku. „Aerożele są wytwarzane z polimerów zawierających niewielkie nanopory i należą do najlżejszych znanych ciał stałych”, wyjaśnia koordynatorka projektu NanoHybrids prof. Irina Smirnova z Uniwersytetu Technologicznego w Hamburgu w Niemczech. „To sprawia, że idealnie sprawdzają się na przykład w izolacjach termicznych. Cienkie panele aerożelowe doskonale nadają się do izolacji budynków i mogą być stosowane z superlekkim betonem”. Porowate, lekkie aerożele mogą także znaleźć zastosowanie w takich dziedzinach jak adsorpcja gazów, kontrola wilgotności i ochrona dóbr konsumpcyjnych, w tym żywności. Wartość światowego rynku aerożeli ma wzrosnąć o około 33 % w latach 2014-2020, co oznacza nowe możliwości dla europejskich przedsiębiorstw. Trudności z produkcją Produkcja aerożeli na skalę przemysłową pozostaje jednak ograniczona, a większość dostępnych na rynku aerożeli bazuje na krzemionce. Główną wadą aerożeli krzemionkowych jest ich kruchość, co ogranicza ich zastosowanie. Ponadto aerożele organiczne – oparte na biopolimerach, takich jak celuloza – oraz aerożele hybrydowe, które łączą dwa lub więcej różnych składników, takich jak alginian i pektyna, są wciąż mało obecne na rynku. „Celem projektu NanoHybrids było wypełnienie tej luki”, mówi Smirnova. „Aby wykorzystać wachlarz potencjalnych zastosowań przemysłowych, musieliśmy przenieść produkcję aerożeli organicznych na wyższy poziom, od laboratorium do produkcji na dużą skalę. Bez tego rozwój aerożeli organicznych i ich transfer na rynek pozostanie ograniczony”. Pionierskie projekty pilotażowe Kluczowym przełomem w tym projekcie było opracowanie pierwszego pilotażowego systemu produkcji aerożeli nowej generacji. Wielofunkcyjne nanoporowate aerożele organiczne i hybrydowe zostały wyprodukowane wspólnie z partnerami przemysłowymi – spółkami BASF, Dräger, Arcelik, RISE Bioeconomy i Nestlé, które dostrzegły ogromny potencjał dotyczący możliwych zastosowań, jak również potrzebę zwiększenia produkcji. Pilotażowa instalacja produkcyjna na Uniwersytecie Technologicznym w Hamburgu umożliwiła – po raz pierwszy w historii – wyprodukowanie prototypów aerożeli o pożądanej wielkości do testów przemysłowych na dużą skalę oraz w jakości spełniającej wymogi branży spożywczej. „Wiedzieliśmy, że musimy zwiększyć moce produkcyjne, aby zapewnić partnerom przemysłowym aerożele w ilości wystarczającej do przetestowania przyszłych zastosowań”, mówi Smirnova. Opracowano również nowe metody produkcji organicznych i hybrydowych cząstek aerożeli, a dzięki współpracy uzyskano nową wiedzę na temat suszenia aerożeli – kluczowego etapu procesu. Po zakończeniu projektu jego partnerzy przemysłowi planują wykorzystać osiągnięcia projektu i kontynuować rozwój w kierunku opracowania produktów rynkowych. W oparciu o wyniki projektu NanoHybrids i plany zwiększenia produkcji aerożeli na potrzeby prototypów przemysłowych założono firmę typu start-up. Partnerzy naukowi projektu mogli dzielić się swoją wiedzą dzięki otwartemu dostępowi do recenzji i prac badawczych, które powinny być inspiracją dla nowych badań nad potencjałem aerożeli. „Projekt NanoHybrids dowiódł, że metody produkcji aerożeli organicznych i hybrydowych mogą być stosowane w skali przemysłowej”, mówi Smirnova. „Umożliwi to ostatecznie komercjalizację na dużą skalę aerożeli organicznych, w szczególności tych na bazie substancji biologicznych”.
Słowa kluczowe
NanoHybrids, budowa, inżynieria, aerożel, organiczne, biologiczne, przemysłowe, izolacyjne