Scanning electron microscope captures of an aerogel bead from hemp-extracted cellulose. (German Aerospace Center)
Investigadores alemanes y franceses están estudiando nuevas formas de extraer celulosa de las fibras de cáñamo de desecho para fabricar aerogeles, materiales de alta tecnología que tienen una amplia gama de usos industriales.
Si bien históricamente los aerogeles se han fabricado a partir de materia inorgánica altamente contaminante, como sílice o alúmina, la investigación tiene como objetivo avanzar en su desarrollo a partir de polímeros orgánicos y carbono más ecológicos.
«Esto abre la puerta al uso de fibras de cáñamo de desecho como fuente principal de celulosa para estos materiales, que se pueden extraer en condiciones suaves, utilizando reactivos baratos y seguros», dijo Diogo Costa, miembro del Doctorado Industrial Europeo Marie Skłodowska-Curie. programa que está investigando el material como parte de su estudio más amplio sobre economías circulares y de base biológica.
La investigación de Costa está financiada por una subvención del Biobased Value Circle (BVC), un consorcio de cuatro universidades europeas, un instituto de investigación y nueve empresas europeas.
¿Qué son los aerogeles?
Inventados por primera vez en la década de 1930, los aerogeles, en los que el contenido líquido se reemplaza por aire, han recibido una atención creciente en los últimos 20 años por su aplicación a electrodos de supercondensador, ultracondensador, batería y desalinización; como material de aislamiento de alta temperatura; y como catalizador para nanotubos de carbono y otros materiales. Sólido pero poroso, el material ofrece la ventaja clave de la baja conductividad térmica: la transferencia de calor.
La NASA utiliza aerogeles para aislamiento en vehículos de lanzamiento y lanzadera, equipos de soporte vital, bancos de prueba de motores de cohetes y aislamiento de manos y pies para astronautas. Las aplicaciones comerciales incluyen aislamiento de tuberías, construcción, electrodomésticos y equipos de refrigeración y automóviles, así como aplicaciones de consumo, como prendas de vestir.
(L-R) Perla de aerogel de celulosa, lámina y monolito. (Centro Aeroespacial Alemán)
La investigación hasta ahora ha demostrado que los aerogeles producidos a partir de celulosa extraída del cáñamo en forma de perlas, láminas y monolitos cilíndricos son tan eficientes como los obtenidos a partir de celulosa industrial comercial, según Costa.
Oportunidades de crecimiento
La celulosa, que comprende entre el 65 % y el 75 % de la composición bioquímica de las fibras de cáñamo, es particularmente interesante debido a su abundancia, biocompatibilidad y porque se puede obtener a partir de recursos de desecho, dijo Costa.
“Este nuevo conjunto de materiales abrirá nuevas oportunidades de crecimiento para las empresas basadas en el cáñamo y puede crear nuevos y mejores empleos en las comunidades rurales, al mismo tiempo que ofrece los conocidos beneficios ambientales del cáñamo”, dijo. “Los aerogeles se convertirán en un mercado cada vez más grande e interesante en el que la industria del cáñamo podrá participar, desde productores que quieran sacar provecho de sus desechos, hasta nuevos sectores, nuevas empresas e inversores”.
Según el investigador Future Market Insights, con sede en Nueva York, el mercado de aerogel es de aproximadamente $ 1 mil millones y se espera que crezca un 17% anual hasta 2030.
Socios de investigación
La investigación de Costa, que abarca el desarrollo de productos y las consideraciones de la cadena de suministro, se realiza en cooperación con el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) con sede en Colonia, que está desarrollando los materiales para reemplazar los aislantes térmicos a base de aceite actuales, y la empresa emergente KEEY Aerogel, Habsheim, Francia. ambos miembros del consorcio de la BVC.
Además de explorar el potencial de las fibras de cáñamo de baja calidad sobrantes del procesamiento del tallo como base para la nueva clase de aerogeles de base biológica no contaminantes, Costa también está estudiando cómo aumentar la producción y comercializar dichos productos, lo cual dijo. son desafíos clave.
Investigador Diogo Costa
“Los métodos actuales para desarrollar aerogeles a base de celulosa de cáñamo aún requieren mucho tiempo”, dijo Costa. “Se debe optimizar su ampliación y se deben considerar muchos otros factores, a saber, la resistencia a la humedad, la actividad microbiana y la combustión, entre otros”, dijo.
Adelgazar las cadenas logísticas y reducir la dependencia de las materias primas importadas del extranjero son desafíos clave abordados en políticas más amplias de la UE destinadas a promover modelos económicos circulares y de base biológica, el contexto más amplio de la investigación de Costa.
Encaja con ‘Green Deal’
Dado que la UE ha designado el cáñamo como un «cultivo esencial» en el marco de la Política Agrícola Común (PAC) de la Unión, y teniendo en cuenta los ambiciosos objetivos medioambientales representados por el Pacto Verde Europeo, el proyecto de Costa encaja perfectamente en la estrategia de la Unión para desarrollar esos modelos económicos alternativos.
“La valorización de cultivos como cáñamo, lino, maíz y trigo, y sus respectivos residuos, son una de las principales alternativas que se investiga en la UE”, dijo Costa.
En el marco del Pacto Verde Europeo y la Estrategia Europea de Bioeconomía, se espera que la UE actualice la legislación y las etiquetas dedicadas a los productos de base biológica y lance una plataforma de inversión temática circular de 100 millones de euros, entre otras actividades destinadas a movilizar a las partes interesadas que representan a la academia, la industria y sociedad, observó Costa.
Además, la UE ha invertido 3 700 millones de euros en investigación y proyectos innovadores de bioeconomía durante los últimos siete años, y se espera que esa inversión aumente a 10 000 millones de euros para 2030 en el marco de Horizonte Europa, un programa clave de financiación de la investigación y la innovación que aborda los desafíos climáticos.
Maquillaje del consorcio
Las empresas que participan en el consorcio Biobased Value Circle están contratando o recibiendo becarios de doctorado para pasantías largas como parte de un programa para capacitar a una nueva generación de investigadores para apoyar el desarrollo de productos innovadores de base biológica que pueden conducir a economías más sostenibles.
Además de KEEY, las empresas son B4Plastics, Bélgica; BioEvol Srl, Italia; ChemStream BVBA, Bélgica; fibrotelio, Alemania; IFG Asota GmbH, Austria; Umlaut Transformation GmbH, Alemania; Spintex Engineering Ltd., Reino Unido; y Technical Proteins Nanobiotechnology S.L., España.
Las universidades participantes son el Instituto Aachen-Maastricht para materiales de base biológica en la Universidad de Maastricht; Universidad Karl Franzens de Graz, Austria; Universidad Nacional de Irlanda Galway; Instituto BioTex de la Universidad de Aachen, Alemania.