Témata
Zdroj: wikimedia.com

Revoluce udržitelnosti: Inovativní materiály zítřka

Ekologické alternativy technických materiálů dnes pronikají napříč nejrůznějšími odvětvími – od stavebnictví přes obaly a módu až po automobilový průmysl. Již dnes je například možné postavit dům z konopného betonu, zabalit elektroniku do myceliového obalu, obléct si oděv z „kůže“ vypěstované z podhoubí nebo jezdit autem, které obsahuje díly z rostlinných biopolymerů.

Tento článek je součástí seriálu:
Revoluce udržitelnosti
Díly
Anna Jirásková

Vystudovala umělecko-průmyslovou střední školu v Turnově a následně strojírenský management na Vyšší odborné škole ve Strakonicích. Většinu svého profesního života se věnuje překladatelství z angličtiny, ve volném čase pak například literatuře, počítačům, řemeslné tvorbě či vzdělávání se v dalších jazycích. V MM Průmyslovém spektru pracuje jako redaktorka od roku 2024.

Reklama

Zatímco minulý díl se zabýval vývojem, principem a vzrůstajícím využitím tzv. bezuhlíkové oceli, jejíž výroba je emisně čistší díky redukci vodíkem, pozornost si zaslouží i různé nekovové materiály, jejichž využívání může přispět k větší ekologické zodpovědnosti celého výrobního procesu. Zprvu experimentální materiály, jako je konopný beton či houbové kompozity, se totiž rychle posouvají ke komerčnímu využití. Tabulkové srovnání přitom ukazuje, že tyto materiály často dosahují srovnatelných technických parametrů jako varianty konvenční. K tomu tyto materiály navíc přidávají benefity v podobě nižší uhlíkové stopy, obnovitelné či recyklované suroviny a nakonec i v podobě bezodpadové likvidace (na bázi biodegradability nebo recyklovatelnosti).

Beton z konopí

Konopný beton neboli hempcrete je biokompozit ze dřevitého jádra technického konopí (pazdeří), které je smícháno s pojivem na bázi vápna a vody. Do některých směsí se přidávají další přírodní aditiva (např. jílové přísady) pro zlepšení pevnosti. Konopí je rychle rostoucí obnovitelná surovina s velice verzatilním využitím, která během růstu absorbuje značné množství CO2 (více než 30 % hmotnosti suché rostliny tvoří vázaný uhlík), přičemž CO2 (z atmosféry) během tvrdnutí částečně pohltí i hydratované vápno jakožto pojivo. A zatímco ostatní části rostliny najdou uplatnění například v medicíně, textilním průmyslu či potravinářství, zbývající konopné pazdeří (tedy drcené stonky) je ideální surovinou právě na výrobu konopného betonu.

Co konopný beton postrádá na konstrukční nosnosti, to kompenzuje vynikajícím tepelněizolačním potenciálem, nízkou hmotností a schopností regulovat vlhkost. (Zdroj: wikimedia.com)

Ten se využívá zejména ve stavebnictví, a to jako ekologická náhrada klasických zdicích materiálů. Díky svému složení je tento materiál lehký, netoxický a paropropustný, čímž napomáhá zdravému vnitřnímu prostředí – svou schopností regulovat vlhkost zajišťuje stabilní vnitřní teplotu a kvalitu vzduchu. Jelikož konopný beton nemá takovou konstrukční nosnost jako beton tradiční, používá se především jako výplň stěn, neboť tepelně izoluje stěny a střechy a současně teplo akumuluje, čímž snižuje nároky na vytápění či chlazení budov. Je navíc nehořlavý a odolný vůči škůdcům (minerální vápno odrazuje plísně a hmyz) a díky konopným vláknům je oproti klasickému betonu pružnější a nepraská.

V roce 2022 byl hempcrete oficiálně schválen do amerických stavebních norem jako izolující nenosný materiál pro obytné stavby. Aplikuje se buď litím a pěchováním směsi přímo do konstrukce (např. do bednění kolem dřevěné kostry budovy), nebo ve formě prefabrikovaných tvárnic a panelů. V České republice patří k průkopníkům firma Noricum, která začala dodávat funkční hempcrete na trh již před více než deseti lety, a firma MABeko, jež distribuuje konopné pazdeří a pojiva (např. francouzský systém Tradical) za účelem vlastního míchání konopného betonu.

Reklama
Reklama
Reklama

Houbové myceliové kompozity

Myceliové materiály se vyrábějí pomocí podhoubí (mycelia), které prorůstá organickým substrátem, typicky zemědělským odpadem, jako jsou dřevěné piliny, sláma, konopné pazdeří nebo i odpadní papír. Čistá kultura jedlých hub (např. hlíva ústřičná či lesklokorka) se nechá růst na sterilizovaném substrátu; podhoubí při svém růstu obaluje a slepuje částice odpadu dohromady. Během několika dní vyplní celou formu, načež se materiál usuší (čímž se růst zastaví). Výsledkem je pevný kompozit, složený z organických vláken houby a vyplněný lehkou strukturou zbytku substrátu – lze jej přirovnat k přírodní pěnové hmotě nebo lehké dřevotřísce.

Příklady myceliových kůží: (A) Reishi od firmy Mycoworks, (B) Mylea od firmy Mycotech Lab; (C) Mylo od firmy Bolt Threads; (D) myceliová kůže od výzkumníků z VTT Technical Research Centre (Finsko). (Zdroj: wikimedia.com)

Vstupní surovinou jsou obnovitelné či odpadní materiály, takže výroba má nízkou ekologickou stopu; navíc po dosloužení je tento biomateriál 100% rozložitelný v přírodě (kompostovatelný). Myceliové kompozity jsou lehké a díky porézní struktuře mají dobré tepelněizolační i akustické vlastnosti. Přitom jsou tyto kompozity relativně pevné a odolné – již nyní se osvědčily jako ochranné obaly, které vydrží opakované nárazy při přepravě křehkých předmětů.

Myceliový materiál je nezávadný, nehořlavý (houba se při sušení zakonzervuje a na rozdíl od dřeva nepodporuje hoření) a plně rozložitelný – na rozdíl od plastů se myceliový obal v přírodě časem rozloží na humus, aniž by zanechal toxické zbytky. Zásadní je také nízká nákladnost výroby – české myceliové obaly Myco dokonce cenově konkurují klasickému polystyrenu. Velké korporace jako Dell či IKEA již testovaly balení produktů v myceliových výplních jako ekologickou alternativu plastů. Z mycelia se rovněž vyvíjejí náhražky kůže pro různé speciální aplikace – v této oblasti vynikají společnosti MycoWorks a Bolt Threads (USA), které dodávají udržitelnou alternativu kůže módním značkám. Dnes již vzniká celý ekosystém firem využívajících podhoubí k tvorbě udržitelných materiálů – od obalů až po stavební dílce.

Reklama

Alternativa v podobě bioplastů

Zatímco tzv. plasty druhé generace jsou zkrátka recyklované plasty vyrobené z regenerovaného plastového odpadu, bioplasty jsou plasty alternativní, které se namísto ropy vyrábějí z obnovitelných biologických zdrojů. Výchozí surovinou jsou plodiny bohaté na škrob či na cukry – např. kukuřice, cukrová třtina, řepa, brambory, ale i celulózová biomasa. Typickým zástupcem je PLA (kyselina polymléčná), získávaná z kukuřičného škrobu nebo cukru. Proces výroby PLA zahrnuje hydrolýzu škrobu na glukózu, její fermentaci mikroorganismy na kyselinu mléčnou a následnou polymeraci do polymléčné kyseliny – PLA je tedy biopolymer kompletně „ušitý“ z rostlinných molekul.

Dnešní bioplasty jsou v mnoha ohledech často takřka k nerozeznání od těch konvenčních. (Zdroj: Flickr.com)

Mezi dalšími bioplasty lze uvést ty PHA (polyhydroxyalkanoáty), které jsou produkovány přímo bakteriemi z cukerných roztoků nebo odpadních olejů, dále škrobové směsné plasty a celulózové acetáty. Mnohé z nich pocházejí z potravinářských odpadů nebo vedlejších produktů (např. PHA Hydal se vyrábí fermentací použitých fritovacích olejů – technologie vyvinutá i v České republice). Bioplasty tak využívají obnovitelné suroviny a snižují závislost na fosilní ropě. Vzhledově i hmatově jsou přitom k nerozeznání od běžných plastů a dosahují podobných vlastností – jsou pevné, houževnaté, průhledné, nebo naopak tvrdé a tuhé podle potřeby. Většina bioplastů se přitom za působení mikroorganismů a tepla rozpadne na biomasu, CO2 a vodu, takže při správném zkompostování nezanechává trvalý odpad v přírodě. Bioplasty jsou rovněž bezpečné pro styk s potravinami, některé jsou antialergenní (PLA běžně neobsahuje ani zbytkové alergeny z kukuřice), nebo jsou dokonce rozpustné ve vodě. V potravinářství se proto PLA využívá na různé obaly, které mohou po použití putovat do bioodpadu. Limitující je pouze nižší teplotní odolnost (PLA měkne kolem 60 °C) a pomalejší rozklad při domácím kompostování.

V poslední době se objevují i technické aplikace – např. PLA filament v 3D tiskárnách (oblíbený pro svou snadnou tisknutelnost a nejedovaté výpary), biomateriál v některých částech interiéru automobilů (např. některé komponenty v prototypech společnosti Toyota) či bioplastové obaly elektronických přístrojů. Významné je také medicínské využití: PLA a příbuzné polymery se používají pro výrobu vstřebatelných chirurgických implantátů, šicích nití nebo 3D tištěných dlah, které se po čase v těle samy rozpustí. Ačkoliv bioplasty zatím hromadně nenahrazují běžné fosilní plasty a spíše doplňují specifické segmenty trhu, do budoucna lze očekávat širší nabídku biopolymerů s lepšími vlastnostmi i rozvoj jejich recyklačních infrastruktur.


Související články
Kompozitní materiály z přírodních zdrojů

Veřejnost se stále více snaží být environmentálně odpovědnou. Ani napříč odvětvími průmyslu tomu není jinak. V oblasti kompozitních materiálů můžeme v posledních letech sledovat stále častější tendence využívat přírodní materiály jako náhradu konvenčních syntetických produktů. Roste poptávka po vláknech na rostlinné bázi (například vláknech ze lnu, konopí nebo sisalu) a tyto materiály získávají významný podíl na celkové produkci kompozitních výrobků.

Materiály z hub, ananasu i skleníkových plynů

Nejen v módním průmyslu se objevují moderní alternativy k tradičním materiálům s důrazem na udržitelnost. Mezi tyto materiály patří například aircarbon vyráběný ze skleníkových plynů, rostlinná tkanina Piñatex z listů ananasu či myceliová „kůže“ z hub. Tyto inovace nabízejí ekologičtější řešení pro výrobu oblečení i doplňků.

Synergie: klíč úspěchu

Na to, jak je mladý, už toho ve své profesi dokázal vskutku hodně. Už na začátku vysokoškolského studia začal podnikat v oblasti jachtingu, do čehož spadá například distribuce materiálů pro povrchové úpravy a poradenství. Dnes je Ing. Viktor Brejcha nejen spojován se společností Sea-Line, ale především je specialistou pro kompozitní materiály ve společnosti Siemens Mobility.

Související články
Revoluce udržitelnosti: Bezuhlíková ocel je pouze zdánlivý paradox

Výroba oceli je dlouhodobě strategickým odvětvím, na němž nevyhnutelně stojí obrovská část strojírenské výroby. Jak může být ocel „bezuhlíková”, když je uhlík její nedílnou součástí? Odpovědí je změna výrobního procesu – nové technologie, které místo uhlíku využívají vodík a zelenou elektřinu, již v dnešní době přispívají k dekarbonizaci tohoto odvětví.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Výherci Zlaté medaile MSV 2024

Součástí 65. Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně se i letos stalo udělování cen Zlaté medaile. Tyto ceny byly předány za celkem šest veletržních exponátů, které komisi oslovily inovativním provedením, a v sedmém případě také za celoživotní přínos oboru. Tradice této soutěže sahá až do roku 1964.

Made in Česko: Bezpečné bezdrátové spojení pro všechny

Prognózy, které se týkají internetu věcí (IoT) a průmyslového internetu věcí (IIoT), se mění stejně rychle jako možnosti této technologie samy. Už v roce 2008 bylo na světě víc připojených zařízení než lidí a odborníci ze Světového ekonomického fóra (WEF) tvrdí, že do roku 2025 bude 41,6 miliardy zařízení zachycovat data o tom, jak žijeme, pracujeme, pohybujeme se, jak fungují naše zařízení, stroje.

Stroje v pohybu:
Fotoprůzkumné družice

Za druhé světové války přinášely informace z fronty filmové týdeníky, při první válce v Perském zálivu vysílala živě CNN z bombardovaného Bagdádu – a nyní na Ukrajině má veřejnost poprvé v historii k dispozici prakticky v reálném čase družicové snímky. Navíc neskutečné kvality. Každopádně jde o materiál, který umožňuje potvrdit, nebo naopak vyvrátit mnohá tvrzení válčících stran.

Finance pro podnikání - Zaostřeno na úspory energie

„Je lepší dobrý úvěr a podpora úvěru než dotace. Jen tak se prokáže životaschopnost projektu.“ To jsou slova Ing. Vladimíra Fabera, zakladatele a dnes předsedy dozorčí rady české strojírenské společnosti FMP.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Desatero pro export - Marketingový průzkum poprvé

V dnešním díle našeho exportního seriálu se budeme věnovat marketingovému průzkumu. Ten je základním nástrojem pro posuzování jednotlivých vývozních teritorií a sestavování individuálních exportních plánů. Cílem je vytvořit profily potenciálních trhů, které zahrnou jejich charakteristiky, očekávání a preference. Na základě těchto profilů chceme sestavit klasifikaci atraktivity trhů podle předem určených kritérií. Dalšími cíli jsou analýza konkurence na vybraných trzích, identifikace hrozeb a příležitostí a určení právního rámce a systému autorského práva.

VaVaI a průmysl:
Znát budoucí potřebu zákazníka

Biochemik Vladimír Velebný je majitelem, generálním ředitelem, a současně i vedoucím výzkumu a vývoje ve společnosti Contipro. Jeho firma se zabývá biotechnologickou výrobou kyseliny hyaluronové, která má širokou škálu potenciálního využití v nejrůznějších oblastech medicíny a kosmetiky. O tom, jak ideálně propojit oblast vědy a výzkumu s oblastí průmyslu ku prospěchu obou, a zejména nás všech, ví rozhodně mnohé.

Využití výrobků z recyklovaných plastů

Plastové odpady a jejich využití je v současné době velmi diskutovaným tématem. Očista naší země je velice důležitá, protože spousta plastového odpadu končí na skládkách a ve vodách oceánů. Proč tento odpad nezpracovat v rámci recyklace na smysluplné výrobky?

Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit