Kontrolleret frigivelse af gødning ved hjælp af biopolymerspåner

I Tyskland, grænseværdierne for nitratforurening er gentagne gange blevet overskredet, dels på grund af gødning i jorden. Biopolymerer kunne hjælpe.

Ingeniører har udtænkt en metode til mere målrettet udbringning af gødning til landbrugsjord. I denne proces, gødningen er indkapslet i et biopolymerskum, hvorfra den løbende kan frigives. Denne teknik blev beskrevet i en artikel offentliggjort i Rubin, RUB's videnskabsblad. Projektet blev udført af Virtualization of Process Technology-forskningsgruppen ledet af professor Sulamith Frerich, og indlejret i forskningsaktiviteter fokuseret på ansvarlig brug af polymerer gennem cirkulær økonomi udført af teamet af professor Eckhard Weidner, Lærer for procesteknologi ved Ruhr-Universität Bochum og leder af Fraunhofer Umsicht.

Ph.D. studerende Diana Keddi testede to metoder, der gjorde det muligt for hende at indlejre et nitrogenholdigt stof – i disse tests urinstof – i et biopolymerskum. "For at kontrollere udgivelsesmønsteret, vi skal specifikt bygge en bærermatrix til gødningen, " forklarer hun. "Da vi ønsker at forhindre en forurening af jorden med kapselmaterialet, materialet bør ideelt set være biologisk nedbrydeligt." Derfor, hun bruger et biopolymerskum lavet af polymælkesyre, PLA for kort, der kan udvindes af majs eller sukkerrør. Den indkapslede gødning var i sidste ende til stede i form af spåner, svarende til de emballagechips, der har erstattet Styrofoam i mange forsendelseskartoner i dag.

Sikring af lav temperatur

"Den største udfordring ved at producere en porøs komposit af PLA og urinstof er:vi skal behandle biopolymeren uden at nedbryde urinstoffet termisk, " skitserer Diana Keddi. Urea smelter ved omkring 130 grader Celsius, der henviser til, at polymælkesyre smelter ved 140 til 170 grader Celsius under normalt tryk, afhængig af type. Imidlertid, hvis gastrykket stiger, smeltetemperaturen falder.

Diana Keddis eksperimenter viste, at afhængigt af typen af ​​PLA, et tryk mellem 200 og 350 bar i en CO ₂ atmosfære er nødvendig for at behandle biopolymeren. Polymælkesyren smelter derefter under 130 grader Celsius og, følgelig, under urinstofs smeltetemperatur. Ud over, forskeren brugte en anden metode, den såkaldte gas-antisolvent-proces, hvor den nødvendige temperatur kun var 40 grader Celsius og trykket var mellem 100 og 180 bar.

Urea frigives gradvist

Ved at kombinere begge processer, Diana Keddi producerede kompositter af PLA og urinstof. Hun viste derefter, at det nitrogenholdige stof frigives fra PLA-skummet inden for to timer, når det løbende skylles igennem. "Uden indkapsling, hele ureaet i denne testopstilling vil blive frigivet inden for to minutter, " forklarer forskeren. "Vi kan derfor forlænge frigivelsestiden betydeligt med indkapsling."