Hvað ef hægt væri að jarðgera glerþráðastyrkt fjölliðuefni (GFRP) að loknum líftíma sínum, auk áratuga sannaðra ávinninga af þyngdarlækkun, styrk og stífleika, tæringarþol og endingu? Það er, í hnotskurn, aðdráttarafl tækni ABM Composite.
Lífvirkt gler, trefjar með mikilli styrk
Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finnlandi) var stofnað árið 2014 og hefur þróað niðurbrjótanlegan glerþráð úr svokölluðu lífvirku gleri, sem Ari Rosling, rannsóknar- og þróunarstjóri hjá ABM Composite, lýsir sem „sérstakri blöndu sem þróuð var á sjöunda áratugnum sem gerir kleift að brjóta niður gler við lífeðlisfræðilegar aðstæður. Þegar glerið er komið inn í líkamann brotnar það niður í steinefnasölt sín, losar natríum, magnesíum, fosföt o.s.frv. og skapar þannig aðstæður sem örva beinvöxt.“
„Það hefur svipaða eiginleika ogbasalaus glerþráður (E-gler)„En þetta lífvirka gler er erfitt að framleiða og draga í trefjar og fram að þessu hefur það aðeins verið notað sem duft eða kítti. Svo vitað sé var ABM Composite fyrsta fyrirtækið til að framleiða mjög sterkar glerþræðir úr því í iðnaðarmæli og við notum nú þessar ArcBiox X4/5 glerþræðir til að styrkja ýmsar gerðir af plasti, þar á meðal niðurbrjótanlegar fjölliður.“
Læknisfræðilegar ígræðslur
Tampere-héraðið, tveimur klukkustundum norður af Helsinki í Finnlandi, hefur verið miðstöð lífrænna niðurbrjótanlegra fjölliða til lækninga frá níunda áratugnum. Rosling lýsir: „Eitt af fyrstu ígræðslunum sem framleiddir voru úr þessum efnum á markaði var framleitt í Tampere og þannig hófst ABM Composite! sem nú er lækningadeild okkar.“
„Það eru til margar lífbrjótanlegar, lífupptökuhæfar fjölliður fyrir ígræðslur,“ heldur hann áfram, „en vélrænir eiginleikar þeirra eru langt frá náttúrulegum beinmyndunum. Við gátum bætt þessi lífbrjótanlegu fjölliður til að gefa ígræðslunni sama styrk og náttúrulegt bein.“ Rosling benti á að ArcBiox glerþræðir í læknisfræðilegum gæðaflokki með viðbættu ABM geti bætt vélræna eiginleika lífbrjótanlegra PLLA fjölliða um 200% til 500%.
Þar af leiðandi bjóða ígræðslur ABM Composite upp á meiri afköst en ígræðslur úr óstyrktum fjölliðum, en eru jafnframt líffrásogandi og stuðla að beinmyndun og vexti. ABM Composite notar einnig sjálfvirkar aðferðir við staðsetningu trefja/þráða til að tryggja bestu mögulegu stefnu trefjanna, þar á meðal að leggja trefjar eftir allri lengd ígræðslunnar, sem og að setja viðbótartrefjar á hugsanlega veika staði.
Heimilis- og tæknileg notkun
Með vaxandi læknisfræðilegri viðskiptaeiningu sinni viðurkennir ABM Composite að lífrænt niðurbrjótanleg fjölliður er einnig hægt að nota í eldhúsáhöld, hnífapör og aðrar heimilisvörur. „Þessir niðurbrjótanlegu fjölliður hafa yfirleitt lélega vélræna eiginleika samanborið við plast sem byggir á jarðolíu.“ sagði Rosling: „En við getum styrkt þessi efni með niðurbrjótanlegum glerþráðum okkar, sem gerir þau að nánast góðum valkosti við jarðefnaeldsneytisplast fyrir fjölbreytt tæknileg notkunarsvið.“
Fyrir vikið hefur ABM Composite stækkað tæknideild sína, sem telur nú 60 manns. „Við bjóðum upp á sjálfbærari lausnir við endanlega notkun.“ Rosling segir: „Okkar verðmætatillaga er að setja þessi niðurbrjótanlegu samsettu efni í iðnaðarmoltun þar sem þau verða að jarðvegi.“ Hefðbundið rafrænt gler er óvirkt og brotnar ekki niður í þessum moltunarstöðvum.
ArcBiox trefjasamsetningar
AMB Composite hefur þróað ýmsar gerðir af ArcBiox X4/5 glerþráðum fyrir samsett efni, allt frástuttskornar trefjarog sprautumótunarefni tilsamfelldar trefjarfyrir ferli eins og textíl- og pultrudumótun. ArcBiox BSGF línan sameinar niðurbrjótanleg glerþræði með lífrænum pólýesterplastefnum og er fáanleg í almennum tækniflokkum og ArcBiox 5 flokkum sem eru samþykktar til notkunar í snertingu við matvæli.
ABM Composite hefur einnig rannsakað ýmsar lífbrjótanlegar og lífrænt byggðar fjölliður, þar á meðal pólýmjólkursýru (PLA), PLLA og pólýbútýlensúkkínat (PBS). Myndritið hér að neðan sýnir hvernig X4/5 glerþræðir geta bætt afköst til að keppa við venjulegar glerþráðastyrktar fjölliður eins og pólýprópýlen (PP) og jafnvel pólýamíð 6 (PA6).
ABM Composite hefur einnig rannsakað ýmsar lífbrjótanlegar og lífrænt byggðar fjölliður, þar á meðal pólýmjólkursýru (PLA), PLLA og pólýbútýlensúkkínat (PBS). Skýringarmyndin hér að neðan sýnir hvernig X4/5 glerþræðir geta bætt afköst til að keppa við venjulegar glerþráðastyrktar fjölliður eins og pólýprópýlen (PP) og jafnvel pólýamíð 6 (PA6).
Endingartími og niðurbrjótanleiki
Ef þessi samsett efni eru lífbrjótanleg, hversu lengi munu þau þá endast? „X4/5 glerþræðir okkar leysast ekki upp á fimm mínútum eða yfir nótt eins og sykur gerir, og þó að eiginleikar þeirra rýrni með tímanum, þá verður það ekki eins áberandi.“ Rosling segir: „Til að brotna niður á áhrifaríkan hátt þurfum við hækkað hitastig og rakastig yfir langan tíma, eins og finnst in vivo eða í iðnaðarkomposthaugum. Til dæmis prófuðum við bolla og skálar úr ArcBiox BSGF efninu okkar, og þeir gátu þolað allt að 200 uppþvottavélar án þess að missa virkni. Það er einhver hnignun á vélrænum eiginleikum, en ekki svo mikið að bollarnir séu óöruggir í notkun.“
Hins vegar er mikilvægt að þegar þessum samsettum efnum er fargað að líftíma sínum loknum uppfylli þau staðla sem gerðar eru til jarðgerðar og ABM Composite hefur framkvæmt röð prófana til að sanna að það uppfylli þessa staðla. „Samkvæmt ISO-stöðlum (fyrir iðnaðarjörðun) ætti lífrænt niðurbrot að eiga sér stað innan 6 mánaða og rotnun innan 3 mánaða/90 daga.“ Rosling segir: „Niðurbrot þýðir að setja prófunarsýnið/afurðina í lífmassann eða jarðgerðina. Eftir 90 daga skoðar tæknimaðurinn lífmassann með sigti. Eftir 12 vikur ættu að minnsta kosti 90 prósent af afurðinni að geta farið í gegnum 2 mm × 2 mm sigti.“
Líffræðilegt niðurbrot er ákvarðað með því að mala óunnið efni í duft og mæla heildarmagn CO2 sem losnar eftir 90 daga. Þetta metur hversu mikið af kolefnisinnihaldi jarðgerðarferlisins er breytt í vatn, lífmassa og CO2. „Til að standast iðnaðar jarðgerðarprófið verður að ná 90 prósentum af fræðilegu 100 prósent CO2 úr jarðgerðarferlinu (byggt á kolefnisinnihaldi)“.
Rosling segir að ABM Composite hafi uppfyllt kröfur um niðurbrot og lífrænt niðurbrot og prófanir hafi sýnt að viðbót X4 glerþráða bætir í raun lífrænt niðurbrot (sjá töflu hér að ofan), sem er aðeins 78% fyrir óstyrkt PLA blöndu, til dæmis. Hann útskýrir: „Hins vegar, þegar 30% lífrænt niðurbrjótanlegu glerþráðunum okkar var bætt við, jókst lífrænt niðurbrot í 94%, en niðurbrotshraðinn hélst góður.“
Þar af leiðandi hefur ABM Composite sýnt fram á að efni þess geta verið vottuð sem niðurbrjótanleg samkvæmt EN 13432. Prófanir sem efni þess hafa staðist til þessa eru meðal annars ISO 14855-1 fyrir loka niðurbrjótanleika efna við loftháðar aðstæður við niðurbrjótingu, ISO 16929 fyrir stýrða niðurbrotsaðstæður við loftháðar aðstæður, ISO DIN EN 13432 fyrir efnafræðilegar kröfur og OECD 208 fyrir prófanir á eituráhrifum á plöntur, ISO DIN EN 13432.
CO2 losnar við jarðgerð
Við jarðgerð losnar vissulega CO2, en eitthvað af því helst eftir í jarðveginum og plöntur nýta það síðan. Moltgerð hefur verið rannsökuð áratugum saman, bæði sem iðnaðarferli og sem eftirvinnsluferli sem losar minna CO2 en aðrar leiðir til förgunar úrgangs, og moltgerð er enn talin umhverfisvæn og kolefnissporarminnkandi aðferð.
Vistfræðileg eituráhrif fela í sér prófanir á lífmassa sem myndast við jarðgerðina og plöntum sem ræktaðar eru með þessum lífmassa. „Þetta er til að tryggja að jarðgerð þessara afurða skaði ekki vaxandi plöntur,“ sagði Rosling. Þar að auki hefur ABM Composite sýnt fram á að efni þess uppfylla kröfur um lífrænt niðurbrot við heimilismoltun, sem einnig krefjast 90% lífræns niðurbrots, en yfir 12 mánaða tímabil, samanborið við styttra tímabil fyrir iðnaðarmoltun.
Iðnaðarnotkun, framleiðsla, kostnaður og framtíðarvöxtur
Efni ABM Composite eru notuð í ýmsum viðskiptalegum tilgangi, en ekki er hægt að upplýsa meira um það vegna trúnaðarsamninga. „Við pöntum efnin okkar til að henta notkun eins og bollum, undirskálum, diskum, hnífapörum og matvælageymsluílátum,“ segir Rosling, „en þau eru einnig notuð sem valkostur við jarðolíuplast í snyrtivöruílátum og stórum heimilisvörum. Nýlega hafa efnin okkar verið valin til notkunar við framleiðslu á íhlutum í stórum iðnaðarvélum sem þarf að skipta út á 2-12 vikna fresti. Þessi fyrirtæki hafa viðurkennt að með því að nota X4 glertrefjastyrkingu okkar er hægt að framleiða þessa vélrænu hluta með nauðsynlegri slitþol og eru einnig niðurbrjótanlegar eftir notkun. Þetta er aðlaðandi lausn fyrir nánustu framtíð þar sem þessi fyrirtæki standa frammi fyrir þeirri áskorun að uppfylla nýjar umhverfis- og CO2 losunarreglur.“
Rosling bætti við: „Það er einnig vaxandi áhugi á að nota samfelldar trefjar okkar í mismunandi gerðir af efnum og óofnum efnum til að búa til burðarvirki fyrir byggingariðnaðinn. Við sjáum einnig áhuga á að nota niðurbrjótanleg trefjar okkar með lífrænt niðurbrjótanlegum PA eða PP og óvirkum hitaherðandi efnum.“
Eins og er er X4/5 trefjaplast dýrara en E-glas, en framleiðslumagnið er einnig tiltölulega lítið og ABM Composite er að kanna fjölda tækifæra til að auka notkun og auðvelda aukningu í 20.000 tonn/ár eftir því sem eftirspurn eykst, sem gæti einnig hjálpað til við að lækka kostnað. Engu að síður segir Rosling að í mörgum tilfellum hafi kostnaðurinn sem fylgir því að uppfylla sjálfbærni og nýjar reglugerðarkröfur ekki verið að fullu tekinn til greina. Á sama tíma er brýnt að bjarga plánetunni að aukast. „Samfélagið er þegar að ýta á fleiri lífrænt byggðar vörur.“ Hann útskýrir: „Það eru margir hvatar til að ýta endurvinnslutækni áfram, heimurinn þarf að flýta sér í þessu og ég held að samfélagið muni aðeins auka þrýsting sinn á lífrænt byggðar vörur í framtíðinni.“
LCA og sjálfbærniávinningur
Rosling segir að efni frá ABM Composite minnki losun gróðurhúsalofttegunda og notkun óendurnýjanlegrar orku um 50-60 prósent á hvert kílógramm. „Við notum Environmental Footprint Database 2.0, viðurkennt GaBi gagnasafn og LCA (lífsferilsgreiningar) útreikninga fyrir vörur okkar byggðar á aðferðafræðinni sem lýst er í ISO 14040 og ISO 14044.“
„Eins og er, þegar samsett efni eru að ljúka líftíma sínum, þarf mikla orku til að brenna eða brenna samsett úrgang og afurðir sem falla til líftíma, og niðurrif og jarðgerð er aðlaðandi kostur og það er örugglega ein af lykiltilboðunum sem við bjóðum upp á, og við erum að bjóða upp á nýja tegund af endurvinnanleika.“ Rosling segir: „Treflaglas okkar er úr náttúrulegum steinefnum sem eru þegar til staðar í jarðveginum. Svo hvers vegna ekki að jarðgera samsett úrgang eða leysa upp trefjar úr óbrjótanlegum afurðum eftir brennslu og nota þær sem áburð? Þetta er endurvinnslukostur sem er mjög áhugaverður á heimsvísu.“
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd.
Sími: +86 18683776368 (einnig WhatsApp)
Sími: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Heimilisfang: NO.398 New Green Road Xinbang Town Songjiang District, Shanghai
Birtingartími: 27. maí 2024