استفاده از پسماند کشاورزی به عنوان مواد لیگنوسلولزی برای تولید فیلم‌های کامپوزیتی زیستی

 به گزارش جام جم آنلاین ،مریم نیکزاد  با اشاره به رشد جمعیت جهان و به تبع آن افزایش تقاضا برای سوخت و سایر منابع انرژی که بسیار فراتر از ظرفیت موجود منابع انرژی مبتنی بر سوخت فسیلی است، اظهار کرد: بنابراین، جستجوی جایگزین برای تولید سوخت‌های سبز با استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر مانند زیست توده لیگنوسلولزی یک انتخاب بالقوه بوده است زیرا زیست توده لزوماً با محصولات غذایی معمولی رقابت نمی‌کند.

وی با بیان اینکه ایران از نظر کشاورزی غنی است به همین جهت دامنه وسیعی از پسماندها و ضایعات کشاورزی را دارد که به‌عنوان زیست توده در محل برداشت باقی می‌ماند، افزود: بسیاری از پسماندهای کشاورزی حاصل فرآورده‌ها و فرایندهای وابسته به کشاورزی، مشکلات زیست محیطی و دردسرهایی است که در بسیاری موارد راهکارهایی نظیر سوزاندن و امحای آن‌ها سبب مشکلات زیست محیطی جدید و حتی جدی‌تری می‌شود.

نیکزاد با اشاره به فرهنگ مصرف، مدیریت مناسب و تکنولوژی پیشرفته در کشورهای توسعه یافته به‌طور جدی با مشکل ضایعات و پسماند محصولات کشاورزی روبه‌رو نیستند، گفت: اما در کشورهایی مانند ایران که از لحاظ کشاورزی غنی است ولی تکنولوژی مناسبی برای تبدیل پسماندهای کشاورزی ندارند، حجم زیادی از این مواد به ضایعات تبدیل و از چرخه مصرف، خارج می‌شود.

عضو هیات علمی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل با بیان اینکه امروزه تولید انرژی و مواد شیمیایی به‌شدت به سوخت‌های فسیلی بستگی دارد، اما استفاده از آنها تأثیرات نامطلوبی بر محیط‌زیست به‌ویژه انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلودگی هوا دارد، تصریح کرد: استفاده از منابع تجدیدپذیر برای جایگزینی منابع انرژی شتاب بیشتری پیدا کرده است، جایگزینی مواد شیمیایی مبتنی بر سوخت فسیلی با مواد تجدیدپذیر برای حفظ رشد صنایع شیمیایی و توسعه اقتصاد جهانی حیاتی است.

این استاد دانشگاه به ارائه راهکارهای مناسب جهت تبدیل این پسماندها به فرآورده‌های با ارزش افزوده بسیار حائز اهمیت دانست و یادآور شد: از این رو، در آزمایشگاه پژوهشی طراحی فرآیند، پروژه‌هایی جهت تولید مواد با ارزش افزوده از پسماندهای کشاورزی استان مازندران انجام شده است.

نیکزاد با بیان اینکه در حال حاضر، تولید در مقیاس صنعتی سوخت‌های زیستی و محصولات بیوشیمیایی با استفاده از مواد لیگنوسلولزی بسیار چالش برانگیز است، اظهار کرد: اگرچه راه‌اندازی پالایشگاه زیستی مواد لیگنوسلولزی حائز اهمیت است اما موفقیت تجاری آن در مقیاس صنعتی با چالش‌هایی مانند تأمین مواد اولیه، عدم قطعیت بازار و چالش‌های افزایش مقیاس مواجه است.

استفاده از پسماند کشاورزی به عنوان مواد لیگنوسلولزی برای تولید فیلم‌های کامپوزیتی زیستی

وی ادامه داد: در حال حاضر مطالعات متعددی جهت رفع این محدودیت‌ها و موفقیت تجاری پالایشگاه‌های زیستی لیگنوسلولزی در حال انجام است.

عضو هیات علمی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل بیان کرد: کشوری که صنایع کشاورزی ومحصولات زیاد دارد پسماند کشاورزی زیادی هم دارد که به عنوان منابع اولیه برای تولید مواد با ارزش افزوده استفاده می‌شود و می‌تواند جایگزین بسیاری از مواد شیمیایی شود که پایه فسیلی دارد.

نیکزاد یکی از منابع تجدید پذیر که در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است را مواد لیگنوسلولزی معرفی کرد و گفت: مواد لیگنوسلولزی مانند کاه، چوب بقایای کشاورزی و صنعتی یک ترکیب ناهمگن از سلولز، همی‌سلولز، لیگنین، روغن، نشاسته و پروتئین‌ها است؛ استفاده از مواد اولیه تجدید پذیر مانند زیست توده لیگنوسلولزی یک انتخاب مناسبی است زیرا این مواد با محصولات غذایی معمولی رقابت نمی‌کند و محصولات حاصل از این ترکیبات دارای سمیت کم و مقرون به صرفه است.

این عضو هیات علمی دانشگاه نوشیروانی بابل ادامه داد: پردازش مواد لیگنوسلولزی برای تولید محصولات زیستی در پالایشگاه زیستی، توجه جهان را به خود جلب کرده است، در پالایشگاه زیستی هر سه جزء اصلی مواد لیگنوسلولزی یعنی سلولز، همی‌سلولز و لیگنین برای تولید محصولات بیوشیمیایی با ارزش افزوده و سوخت زیستی باید مورد توجه قرار گیرد.

وی افزود: اگرچه به‌دست آوردن مواد بیوشیمیایی از مواد لیگنوسلولزی هنوز در مراحل اولیه است، اما تولید اتانول زیستی در مقیاس بزرگ امروزه در آمریکا و برزیل محقق شده است.

این عضو هیات علمی دانشگاه نوشیروانی، ساختار پیچیده و مقاوم مواد لیگنوسلولزی و تنوع در ساختار زیست توده را از جمله موانع دیگر در استفاده مؤثر از این مواد برشمرد و خاطرنشان کرد: برای صنعتی‌سازی پالایشگاه‌های زیستی مبتنی بر مواد لیگنوسلولزی چندین مرحله مهم دخیل است که یکی از مهمترین مراحل آن پیش پردازش (پیش‌تیماری) ماده لیگنوسلولزی انتخاب شده است که این فرآیند عمدتاً هزینه قابل توجهی را به خود اختصاص می‌دهد.

نیکزاد افزود: از پسماندهای کشاورزی به‌عنوان مواد لیگنوسلولزی می‌توان مواد بسیار با ارزشی تولید کرد که این کار در ابعاد تحقیقاتی و آزمایشگاهی به نتیجه قابل قبولی رسیده است اما هنوز وارد مرحله تولید انبوه و صنعتی نشده است.

به گفته نیکزاد، مهندسی بازیافت و کاهش ضایعات محصولات کشاورزی باید به صورت بومی تعریف شود تا بتوان به کمک فرآیندهای مؤثر و به‌صرفه از لحاظ اقتصادی، مشکلات زیست محیطی این پسماندها را کاهش داد، در عین حال با تولید مواد با ارزش افزوده از این ترکیبات سبب ارزش‌گذاری این مواد شود.

عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل بیان کرد: یکی از مواد با ارزش افزوده قابل تولید از مواد لیگنوسلولزی، نانوسلولز است که در آزمایشگاه پژوهشی طراحی فرآیند به شکل نانوکریستال‌های سلولزی و نانو الیاف سلولزی تولید شده است.

به گفته این استاد دانشگاه، پژوهشگران دانشگاه صنعتی نوشیرانی بابل در حال بررسی کاربردهای این ترکیب در زمینه‌های مختلف هستند که به نتایج قابل ‌توجهی در زمینه کاربرد نانوکریستال‌های سلولزی در زمینه ساخت فیلم‌های کامپوزیتی زیستی جهت بسته‌بندی موادغذایی رسیده‌اند که به‌زودی نتایج آن در مقیاس نیمه‌صنعتی قابل ارائه خواهد بود.

نیکزاد تصریح کرد: همچنین کاربرد نانوالیاف سلولزی در ساخت "پچ‌های تراپوستی" جهت انتقال دارو در حال بررسی است که نتایج این تحقیقات در مقیاس آزمایشگاهی بسیار رضایت‌بخش بوده است.

وی با اشاره به اینکه کارخانه‌های کاغذسازی یکی از بزرگترین صنایع مصرف‌کننده مواد لیگنوسلولزی است که طی فرآیند تولید کاغذ در این صنعت مقدار زیادی لیکور سیاه تولید می‌شود، گفت: پساب حاوی لیکور به علت دارا بودن ترکیبات مختلف استخراجی قابل تخلیه به آب‌های جاری نیست؛ چراکه حیات آبزیان را به شدت تهدید می‌کند.

این پژوهشگر رشته شیمی، با اشاره به اینکه لیکور سیاه منبع غنی از لیگنین است، اظهار کرد: با توجه به کاربردهای متنوع این ماده در صنایع مختلف، بازیابی لیگنین از لیکور سیاه کارخانه‌های کاغذسازی می‌تواند به عنوان یک راهکار مطمئن اقتصادی مورد توجه قرار گیرد.

به گفته نیکزاد؛ لیگنین، دومین بیوپلیمر فراوان موجود در طبیعت بعد از سلولز است که متشکل از انواع حلقه‌های آروماتیک با گروه‌های عاملی مختلف بوده و غنی‌ترین منبع برای تولید ترکیبات آروماتیک بعد از نفت خام به‌شمار می‌آید، از این جهت استخراج این ماده با ارزش افزوده از لیکور سیاه کارخانه چوب و کاغذ مورد توجه محققین ما قرار گرفت و پس از استخراج این ترکیب، جهت توسعه کاربرد این ماده در زمینه‌های مختلف نانوذرات لیگنین تهیه شد؛ با توجه به ویژگی‌های متعدد این ماده از آن در چندین حوزه استفاده شده است.

عضو هیات علمی دانشکده شیمی دانشگاه نوشیروانی بابل، یکی از شاخص‌ترین کارهای انجام شده تیم تحقیقاتی در این رشته دانشگاهی را کاربرد نانوذرات لیگنین در حوزه کپسوله‌سازی ترکیبات زیستی (نظیر عصاره‌ها و اسانس‌ها) با هدف بکارگیری در ساختار فیلم‌های کامپوزیتی مواد غذایی جهت بهبود خواص آنتی‌باکتریال، مکانیکی، ممانعت‌کنندگی در برابر نور و رطوبت و همچنین از این ترکیب در ساختار جاذب‌های زیستی عنوان کرد.

عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل خاطرنشان کرد: چشم انداز آینده آزمایشگاه پژوهشی طراحی فرآیند این است که با بررسی جنبه‌های مختلف تبدیل مواد لیگنوسلولزی به مواد با ارزش افزوده بتواند موانع و محدودیت‌های موجود را در مسیر صنعتی شدن این فرآیندها برطرف کنند.