Zrównoważone opakowania z roślin torfowiskowych
Fraunhofer IVVPaludikultura, obejmująca takie rośliny jak torfowiec, trzcina czy śmiałek darniowy, już teraz znajduje zastosowanie jako materiał budowlany, pasza dla zwierząt czy surowiec spożywczy. Ze względu na niską zawartość ligniny, rośliny torfowiskowe mogą jednak stanowić atrakcyjną alternatywę dla drewna jako surowca do produkcji ekologicznych opakowań papierowych. Naukowcy z Instytutu Fraunhofera ds. Inżynierii Procesowej i Opakowań (IVV) wykazali w testach wykonalności, że rośliny te mają duży potencjał w wytwarzaniu opakowań składanych, tacek i podobnych produktów.
Rośliny torfowiskowe jako alternatywa dla drewna
Podstawowym składnikiem papieru jest drewno. Wobec gwałtownego wzrostu cen rynkowych oraz wysokiego wskaźnika importu drewna w Niemczech (ok. 80%), alternatywne źródła surowców stają się coraz bardziej istotne. Właśnie to zmotywowało naukowców z Fraunhofera IVV w Freising i Dreźnie do zbadania potencjału roślin torfowiskowych, takich jak trzcina, turzyca czy śmiałek darniowy, oraz przetestowania odpowiednich procesów produkcyjnych w ramach projektu PALUDI. Projekt ten realizowany jest w ramach inicjatywy „Biogeniczna Wartość Dodana i Inteligentne Rolnictwo” Fraunhofera, wspieranej przez niemieckie ministerstwa edukacji, gospodarki oraz nauki.
Badane rośliny są celowo uprawiane na odnowionych torfowiskach i bagnach. Zgodnie z unijnym prawem ochrony przyrody z lutego 2024 roku, co najmniej 30% powierzchni lasów, łąk i mokradeł ma zostać odtworzonych i nawodnionych, co określa się mianem paludikultury.
– Chodzi o uprawę na wilgotnych torfowiskach z wykorzystaniem lokalnie przystosowanych gatunków roślin. Paludikultura pomaga w ochronie torfowisk i przyczynia się do ochrony klimatu, minimalizując emisję dwutlenku węgla – to kolejny powód, aby ją dokładniej badać – wyjaśnia Fabian Kayatz, kierownik projektu w Fraunhofer IVV.
Niska zawartość ligniny to mniejsze zużycie chemikaliów
W porównaniu do drewna, rośliny torfowiskowe, takie jak trzcina, cechują się niską zawartością ligniny, co pozwala ograniczyć ilość chemikaliów potrzebnych do produkcji włókien roślinnych o odpowiedniej jakości. Wyniki analiz chemicznych roślin z torfowisk regionu Freisinger Moos wskazują, że ich zawartość ligniny wynosi od 20 do 23%. To nawet o 25–15% mniej niż w przypadku drewna miękkiego czy twardego.
– Im mniej ligniny, czyli naturalnego kleju w ścianach komórkowych roślin, tym mniejsze jest zużycie zasobów, takich jak kwasy czy alkalia, w procesie chemicznej obróbki włókien. Jednocześnie sieć włókien staje się bardziej stabilna – tłumaczy Kayatz. Dodatkowo włókna z roślin torfowiskowych wykazują lepsze właściwości mechaniczne niż pulpa ze słomy, np. kukurydzianej czy bambusowej.
Fraunhofer IVVEnergooszczędne metody obróbki włókien
Lignina z roślin nienależących do drewna jest łatwiejsza do usunięcia, co sprawia, że procesy produkcji włókien, takie jak metoda alkaliczna z użyciem sody, są mniej energochłonne w porównaniu z konwencjonalnymi technikami opartymi na drewnie. W projekcie PALUDI opracowano proces przetwarzania roślin torfowiskowych, który pozwalał na pracę w temperaturach poniżej 100°C – to nawet o 45% mniej niż najniższe wartości w tradycyjnych metodach chemicznych. W rezultacie, w zależności od ustawień, udało się usunąć do 83% ligniny.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
– Biomasę uzyskaną po zbiorach można przetwarzać na skalę przemysłową w fabrykach celulozy – dodaje Kayatz. W skali laboratoryjnej uzyskano wydajność pulpy do 53%, co mieści się w oczekiwanym zakresie dla procesów chemicznych.
Eksperymenty wykazały, że produkowane płaskie papiery włókniste cechują się dobrą podatnością na obróbkę. Wytrzymałość na rozciąganie była znacznie wyższa niż w przypadku próbek referencyjnych, takich jak kartony na jajka. Dodatki, takie jak skrobia czy środki impregnujące, jeszcze bardziej poprawiały wytrzymałość, elastyczność i wodoodporność materiałów. Co więcej, papiery te były odpowiednie do dalszego przetwarzania, w tym składania, klejenia i nadruku.
Innowacyjne opakowania dla sektora pozaspożywczego
Stosując procesy formowania włókien oraz głębokiego tłoczenia, naukowcy stworzyli wytrzymałe opakowania z włókien trzcinowych, takie jak słoiki papierowe czy tacki, bez potrzeby używania dodatków.
– Rośliny torfowiskowe mają ogromny potencjał w produkcji innowacyjnych, ekologicznych opakowań. Pokazaliśmy, że możliwe jest opracowanie przyjaznych środowisku procesów produkcji pulpy – podsumowuje Kayatz. Jednocześnie podkreśla, że konieczne są dalsze optymalizacje procesów w celu przeniesienia produkcji na skalę przemysłową. Projektowanie opakowań, które będą akceptowane przez konsumentów, wymaga dalszych badań, np. nad właściwościami sensorycznymi czy powłokami materiałów. Na początek planowane jest wytwarzanie opakowań dla sektora pozaspożywczego, takich jak kosmetyki, logistyka czy materiały biurowe.
Źródło: Fraunhofer IVV
