Kereső toggle

Rakétapajzs fapépből

Elkezdte hódító útját a nanocellulóz

Továbbítás emailben
Cikk nyomtatása

Pehelykönnyű, ultravékony, mechanikai szilárdsága az acéllal vetekszik. Az új anyag neve nanokristályos cellulóz, vagy rövidebben nanocellulóz, amely pár éven belül mindennapjaink szerves részévé fog válni. Ez szó szerint értendő, a műanyaggal szemben ugyanis a nanocellulóz szerves anyag, így mikor már nincs rá szükség, könnyedén lebomlik. Az új anyag elsődleges pozitív tulajdonsága azonban az, hogy könnyen alakítható, vezeti az áramot, és olcsón előállítható, az előállításához szükséges alapanyag ugyanis hatalmas mennyiségben áll rendelkezésre.

A nanocellulózt fapépből állítják elő, mivel azonban egy nanocellulóz réteg vastagsága mindössze 200 nanométer, tetemes mennyiséget lehet már egy faágból is készíteni. E vékony rétegnek a tömegéhez viszonyított relatív szilárdsága azonban nyolcszor nagyobb, mint az acélé.

Ha mindez ennyire pofonegyszerű, jogosan vetődik fel a kérdés, miért csak mostanra vált elérhetővé ez a szuperanyag? A válasz abban rejlik, hogy idő kellett ahhoz, hogy megtalálják a megfelelő technológiát, amellyel a közönséges cellulózt nanocellulózzá sikerült „gyúrni”. A nanocellulóz felfedezésében természetesen nagy szerepe volt a nanoforradalomnak, amely mintegy tíz-tizenöt éve kezdődött, és a mai napig tart. A nano szócska a nanométerre utal, amely a méter milliárdod része, a nanotechnológia pedig ezeknek a miniatűr objektumoknak a tervezésével foglalkozik, s az 1800-as évek elején felfedezett cellulóz új tulajdonságait tárta fel a kutatók előtt. 

A cellulóz, amely a növények sejtfalának legfontosabb alkotórésze, valójában egy hosszú láncú cukor, tudományosabb nevén poliszacharid. A növények sejtfalában több egyedi cellulózmolekula összekapcsolódásából jönnek létre azok a rostok, amelyek végül a sejtfal tartószilárdságát adják. A növények cellulóztartalma átlagosan harminc százalék, de számos növényben – például a gyapotban – ez az érték jóval magasabb, aminek következtében hatalmas mennyiségben lehet kivonni. Egy 2004-es tanulmány szerint évente mintegy hetvenmilliárd tonna cellulózt vonnak ki elsősorban fából és más növényekből. 

A cellulózból főleg papírt készítenek. A papírgyártás során használt fapép azonban az eljárás során elveszti tartószilárdságát. Az elmúlt évek mikroszkópiai fejlődésének köszönhetően vált ismertté, hogy bizonyos körülmények között a cellulózrostok kisebb kristályokká esnek szét. Transzmissziós elektronmikroszkópokkal, illetve atomerő-mikroszkópokkal váltak láthatóvá azok a kis méretű, lándzsa alakú cellulózkristályok, amelyeket egymás mellé rakva már egy sziklaszilárd anyagot kapunk.

A kristályos cellulóz előállításában az áttörést a fapép savas hidrolízise hozta, amelynek során az előzőleg egy tisztító eljáráson átesett fapépet kénsavas kezelésnek vetették alá. Ennek következtében a cellulóz apró méretű kristályokra esett szét, amelyeket szárítással és további mechanikai eljárással a már említett szilárdságú anyaggá lehetett formálni.

A felhasználás előtt a határ szó szerint a csillagos ég: az Egyesült Államok hadserege például páncél, illetve ballisztikus rakéták bevonatára kívánja használni. Emellett se vége, se hossza a civil felhasználás lehetőségeinek. A Pioneer Electronics a következő generációs monitorok előállításában, az IBM pedig számítógép-alkatrészek gyártásában kívánja alkalmazni. Az egyre növekvő igényt kielégítendő július 26-án nyitották meg az Egyesült Államok első nanocellulózgyárát Madisonban, Visconsin államban, ahol egyaránt gyártanak majd nanocellulóz kristályokat és rostokat. Az amerikai kutatások nagy részéért felelős Nemzeti Tudományos Alap (NSF) becslése szerint a nanocellulóz-gyártás 2020-ra már egy 600 milliárdos üzletté növi ki magát. Theodore Wegner, az üzem igazgatóhelyettese szerint néhány éven belül pár dollárba fog kerülni a nanocellulóz kilogrammja.

A madisoni üzem mellesleg nem az első nanocellulózgyár. A tavalyi év végén Montrealban nyitották meg a világ első üzemét, amelyik ma már napi egy tonna nanocellulózt állít elő.