Elefant- og komødning til bæredygtig fremstilling af papir

Det er sandsynligvis ikke det første, du tænker på, når du ser elefantmødding, men dette materiale viser sig at være en fremragende kilde til cellulose til papirfremstilling i lande, hvor træer er sparsomme, videnskabsmænd rapporterer. Og i områder med masser af husdyr såsom køer, upcycling af gødning til papirprodukter kunne være en billig og miljørigtig metode til at komme af med dette omsiggribende landbrugsaffald.

Forskerne præsenterer deres resultater i dag på 255th National Meeting &Exposition of the American Chemical Society (ACS).

Idéen til projektet spirede på Kreta, hvor Alexander Bismarck, Ph.D., bemærket geder, der gumlede på sommertørt græs i den lille landsby, hvor han holdt ferie. "Jeg indså, at det, der kommer ud i sidste ende, er delvist fordøjet plantestof, så der må være cellulose derinde, " husker han.

"Dyr spiser lavkvalitets biomasse indeholdende cellulose, tygge det og udsætte det for enzymer og syre i maven, og derefter producere gylle. Afhængigt af dyret, op til 40 procent af denne gødning er cellulose, som så er let tilgængelig, " siger Bismarck. Så, meget mindre energi og færre kemiske behandlinger burde være nødvendige for at omdanne dette delvist fordøjede materiale til cellulose nanofibre, i forhold til at starte med råt træ, formodede han.

Efter at have arbejdet med gedegylle, Bismarck, som er på universitetet i Wien, Østrig, hans postdoc Andreas Mautner, Ph.D., og kandidatstuderende Nurul Ain Kamal og Kathrin Weiland gik videre til gødning fra heste, køer og til sidst elefanter. Udbuddet af råmaterialer er betydeligt:​​Parker i Afrika, der er hjemsted for hundredvis af elefanter, producerer tonsvis af møg hver dag, og enorme kvægfarme i USA og Europa giver bjerge af gødning, ifølge Mautner.

Forskerne behandler gyllen med en natriumhydroxidopløsning. Dette fjerner delvist lignin - som senere kan bruges som gødning eller brændstof - samt andre urenheder, herunder proteiner og døde celler. For fuldstændigt at fjerne lignin og for at fremstille hvid pulp til fremstilling af papir, materialet skal bleges med natriumhypochlorit. Den rensede cellulose kræver lidt om overhovedet nogen formaling for at nedbryde den til nanofibre som forberedelse til brug i papir, i modsætning til konventionelle metoder.

"Du skal bruge en masse energi til at slibe træ ned for at lave nanocellulose, " siger Mautner. Men med gødning som udgangsmateriale, "du kan reducere antallet af trin, du skal udføre, simpelthen fordi dyret allerede tyggede planten og angreb den med syre og enzymer. Du producerer billigt en nanocellulose, der har de samme eller endnu bedre egenskaber end nanocellulose fra træ, med lavere energi- og kemikalieforbrug, " han siger.

Det møg-afledte nanopapir kan bruges i mange applikationer, herunder som forstærkning til polymerkompositter eller filtre, der kan rense spildevand, før det udledes i miljøet, siger Bismarck. Hans team arbejder sammen med et industrielt konsortium for at udforske disse muligheder yderligere. Nanopapiret kunne også bruges til at skrive på, han siger.

Forskerne undersøger også, om processen kan gøres endnu mere bæredygtig, ved først at producere biogas fra gylle og derefter ekstrahere cellulosefibre fra remanensen. Biogas, som hovedsageligt er metan og kuldioxid, kan derefter bruges som brændstof til produktion af elektricitet eller varme.