Industrialisierung, Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum führen zu einem steigenden Energiebedarf und einer erhöhten Nachfrage nach erneuerbaren Kraftstoffquellen wie Biodiesel, Biogas oder Bioethanol. Diese Kraftstoffe sollen den Treibhausgaseffekt verringern und werden aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen. So wird beispielsweise erwartet, dass die Biodieselproduktion jährlich um 4,5 % zunimmt. Diese rasante Entwicklung bringt jedoch auch Nachteile mit sich, wie die Entstehung mehrer Abfallprodukte, darunter Glycerin und das Nicht-Glycerinstoffgemisch “Matter Organic Non-Glycerol” (MONG), die derzeit auf Deponien entsorgt werden. Um den CO2-Fußabdruck der Biodieselproduktion zu verringern, wird nach Alternativen zur Deponierung von MONG gesucht. Eine vielversprechende Möglichkeit besteht darin, MONG in ein Mehrwertprodukt umzuwandeln. Besonders im Bereich des 3D-Drucks steigt die Anfrage nach umweltfreundlichen Lösungen und biobasierten Elementen. Die Restfettsäuren von Biodieselabfällen, die im MONG enthalten sind, könnten in Filamenten verwendet werden. Allerdings gibt es noch wenig Daten zum Verständnis ihrer Konsistenz und je nach Prozess und verwendetem Substrat (Soja oder Raps) variieren die Eigenschaften von MONG.
Aus diesem Grund haben Wissenschaftler nun die möglichen Verwendungen und Eigenschaften von MONG untersucht und festgestellt, dass es potentiell als Copolymer verwendet werden könnte. Um die Stabilität als Copolymer und NFC-Filament zu verbessern, wurden verschiedene Vorbehandlungen durchgeführt. In den Behandlungsschritten kombinieren die Forscher die entstandene MONG-Copolymer-Paste mit Thermoplasten, um ein 3D-Druck-Material herzustellen. In der ersten Analyse wurde MONG aus Soja-Biodiesel-Verarbeitungsanlagen in drei unterschiedlichen Zuständen untersucht: unbehandelt, säurebehandelt, sowie säure- und peroxidbehandelt. Das unbehandelte MONG ist fest, was eine Verwendung im 3D-Druck erschweren würde, während es behandelt hingegen stabilisiert ist und eine handhabbare Paste bildet.
Die Oberflächenstruktur und Klumpenbildung von MONG. Links (a) unbehandelt, mittig (b) säurebehandelt und rechts (c) säure-und peroxidbehandelt. (Bild: Forschungsarbeit Universität von Louisville)
Auch die Oberflächenzusammensetzung zeigt, dass die Klumpenbildung der mit säure- und peroxidbehandelten MONG-Paste stärker ist, was die Kompatibilität zwischen MONG und Polymer für die Filamentextrusion fördern würde. Die thermische Stabilität von behandeltem MONG ist ebenfalls erfolgsversprechender und weist geringeren Gewichtsverlust bei steigender Temperatur vor. Die behandelte Paste eignet sich somit am besten als potentieller Ersatz für synthetische Polymere in Naturfaserverbundwerkstoffen und könnte zukünftig für die Filamentextrusion und die Polymermischung verwendet werden.
Die Umwandlung von MONG bietet erhebliche Potentiale und darüber hinaus lässt sich das Verfahren nicht nur mit Soja-Biodiesel, sondern auch mit anderen Stoffen, wie Biogas, Ethanol und sogar Altspeiseölen anwenden. MONG kann als Copolymer den Anteil an synthetischen Polymeren in naturfaserverstärkten Kunststoffen reduzieren, was nicht nur nachhaltiger ist, sondern auch die Wiederverwendung von Abfall- und Reststoffen aus der Biokraftherstellung ermöglicht. Mit der kontinuierlichen Forschung könnte MONG eine Schlüsselrolle in der zukünftigen, nachhaltigen Produktionstechnologie spielen. Mehr darüber erfahren Sie HIER.
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*Bildnachweise: Forschungsarbeit Universität von Louisville