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Europäische Forscher untersuchen Hanfzellulose für den Einsatz in Hightech-Gelen

Hanffaser

Aerogele, die aus aus Hanf gewonnener Zellulose hergestellt werden, sind genauso wirksam wie solche, die aus industrieller Zellulose gewonnen werden

Deutsche und französische Forscher untersuchen neue Möglichkeiten, Zellulose aus gebrauchten Hanffasern zu extrahieren, um Aerogele herzustellen, Hightech-Materialien, die ein breites Spektrum industrieller Anwendungen haben

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Aerogel-Perle aus Hanf-extrahierter Zellulose, äußere und innere Oberfläche
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen einer Aerogel-Perle aus aus Hanf extrahierter Zellulose. (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt)

Während Aerogele in der Vergangenheit aus stark umweltbelastenden anorganischen Materialien wie Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid hergestellt wurden, zielt die Forschung darauf ab, ihre Entwicklung aus umweltfreundlicheren organischen Polymeren und Kohlenstoff voranzutreiben.

„Dies öffnet die Tür zur Verwendung gebrauchter Hanffasern als Hauptquelle für Zellulose für diese Materialien, die unter milden Bedingungen mit billigen und sicheren Reagenzien extrahiert werden können“, sagte er erklärt Diogo Costa, ein Stipendiat des Marie Skłodowska-Curie European Industrial Doctoral Program, der dieses Material im Rahmen seiner umfassenderen Studie über biobasierte und zirkuläre Ökonomien erforscht.

Die Forschung von Costa wird durch einen Zuschuss des Biobased Value Circle (BVC) finanziert, einem Konsortium aus vier europäischen Universitäten, einem Forschungsinstitut und neun europäischen Unternehmen.
Was sind Aerogele?

In den 1930er Jahren erfundene Aerogele, deren flüssiger Inhalt durch Luft ersetzt wird, haben in den letzten 20 Jahren zunehmende Aufmerksamkeit für ihre Anwendung auf den Elektroden von Superkondensatoren, Ultrakondensatoren, Batterien und Entsalzungsanlagen, als Hochtemperatur-Isoliermaterial und als Katalysator für Kohlenstoffnanoröhren und andere Materialien. Das Material ist stark und dennoch porös und bietet den entscheidenden Vorteil einer geringen Wärmeleitfähigkeit und Wärmeübertragung.

Die NASA verwendet Aerogele zur Isolierung von Trägerraketen und Shuttles, lebenserhaltenden Geräten, Prüfständen für Raketentriebwerke und zur Isolierung von Händen und Füßen von Astronauten. Kommerzielle Anwendungen umfassen Rohrisolierung, Konstruktion, Kühlgeräte und -ausrüstung und Automobile sowie Verbraucheranwendungen, wie z. B. Kleidung.

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Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass Aerogele aus aus Hanf gewonnener Zellulose in Form von Kügelchen, Folien und zylindrischen Monolithen genauso wirksam sind wie solche aus kommerzieller industrieller Zellulose, so Costa.

von links nach rechts Zellulose-Aerogel-Perlenfolie und Monolith
(Von links nach rechts) Zellulose-Aerogel-Kügelchen, -Blatt und -Monolith. (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt)

Zellulose, die 65 bis 75 Prozent der biochemischen Zusammensetzung von Hanffasern ausmacht, ist wegen ihres Überflusses, ihrer Biokompatibilität und weil sie aus Abfall gewonnen werden kann, von besonderem Interesse, sagte Costa.

„Diese neue Reihe von Materialien wird neue Wachstumsmöglichkeiten für Unternehmen auf Hanfbasis eröffnen und kann neue und bessere Arbeitsplätze in ländlichen Gemeinden schaffen, während sie gleichzeitig die bekannten Umweltvorteile von Hanf bietet“, sagte er. „Aerogele werden zu einem immer größeren und interessanteren Markt, an dem die Hanfindustrie teilhaben kann, von Produzenten, die von ihren Abfällen profitieren wollen, bis hin zu neuen Sektoren, neuen Unternehmen und Investoren. »

Laut dem in New York ansässigen Forscher Future Market Insights hat der Aerogel-Markt einen Wert von rund 1 Milliarde US-Dollar und soll bis 17 jährlich um 2030 % wachsen.

Die Forschung von Dr. Costa, die sich auf Produktentwicklung und Überlegungen zur Lieferkette konzentriert, wird in Zusammenarbeit mit dem Kölner Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Materialien für den Ersatz aktueller erdölbasierter Wärmeisolatoren entwickelt, und mit dem jungen Unternehmen durchgeführt KEEY Aerogel mit Sitz in Habsheim, Frankreich, die beide Mitglieder des BVC-Konsortiums sind.

Neben der Erforschung des Potenzials von minderwertigen Hanffasern aus der Stängelverarbeitung als Grundlage für die neue Klasse umweltfreundlicher, biobasierter Aerogele untersucht Herr Costa auch, wie die Produktion gesteigert und diese Produkte auf den Markt gebracht werden können, was, er sagt, ist eine große herausforderung.

„Aktuelle Methoden zur Entwicklung von Aerogelen auf Hanfzellulosebasis sind immer noch zeitaufwändig“, sagte Costa. „Ihre Skalierung muss optimiert werden und viele andere Faktoren müssen berücksichtigt werden, einschließlich Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, mikrobielle Aktivität und Verbrennung“, fügte er hinzu.

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Die Vereinfachung von Lieferketten und die Verringerung der Abhängigkeit von aus dem Ausland importierten Rohstoffen sind große Herausforderungen, die in der breiteren europäischen Politik angegangen werden, die auf die Förderung biobasierter und zirkulärer Geschäftsmodelle abzielt, dem breiteren Kontext der Forschung von Herrn Costa.

Da die EU Hanf als „wesentliche Kulturpflanze“ im Rahmen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) der Union bezeichnet und angesichts der ehrgeizigen Umweltziele des europäischen „Green Deal“ passt das Projekt von Costa perfekt in die Strategie der Union, diese alternativen Wirtschaftszweige zu entwickeln Modelle.

„Die Verwertung von Feldfrüchten wie Hanf, Flachs, Mais und Weizen sowie ihrer jeweiligen Reststoffe ist eine der wichtigsten Alternativen, die in der EU erforscht werden“, sagte Herr Costa.

Als Teil des europäischen Grünen Deals und der europäischen Bioökonomie-Strategie sollte die EU die Rechtsvorschriften und Kennzeichnungen für biobasierte Produkte aktualisieren und eine zirkuläre thematische Investitionsplattform in Höhe von 100 Millionen Euro einführen, neben anderen Aktivitäten, die darauf abzielen, Interessenvertreter aus Wissenschaft und Industrie zu mobilisieren und Gesellschaft, bemerkte Mr. Costa.

Darüber hinaus hat die EU in den vergangenen sieben Jahren 3,7 Milliarden Euro in Bioökonomie-Forschungs- und Innovationsprojekte investiert, und diese Investitionen sollen bis 10 im Rahmen von Horizon Europe, einem wichtigen Forschungs- und Innovationsförderprogramm, das darauf abzielt, auf 2030 Milliarden Euro steigen Klimaherausforderungen angehen.

Unternehmen, die am Biobased Value Circle-Konsortium teilnehmen, stellen Doktoranden für Langzeitpraktika im Rahmen eines Programms ein oder nehmen sie auf, um eine neue Generation von Forschern auszubilden, um die Entwicklung innovativer biobasierter Produkte zu unterstützen, die zu nachhaltigeren Volkswirtschaften führen können.


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Der Autor weedmaster

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