Riktlinjer för ett forskningsprojekt om agroindustriellt avfall och deras potentiella användning som lämpliga material för bostäder och infrastruktur inkluderar omvandling av avfall till resurser, ersätta giftiga råvaror med hälsosamma insatser, och migrera från skadliga till hållbara produktionsprocesser.

Agrowaste-projektet koordineras av Holmer Savastano Jr. vid University of São Paulos Animal Science &Food Engineering School (FZEA-USP) i Pirassununga, Brasilien.

"Vi utvecklade två forskningslinjer:en med oorganiska matriskompositer, att utforska tillsatsen av biomassa flygaska och biomassafibrer till Portland cementmatrisen för produktion av platt eller wellfibercementskiva; den andra med organiska matriskompositer, utforska användningen av växthartsbundna biomassafibrer och partiklar för produktion av kartong för förpackning, pallar och möbler, sa Savastano.

Den oorganiska produktlinjen kommer att erbjuda ett alternativ till asbestcement, medan den organiska linjen kommer att erbjuda ett alternativ till fenolhartsimpregnerade spånskivor och spånskivor. Asbest och fenolhartser anses allmänt vara cancerframkallande. I synnerhet, asbestcement är förbjudet i ett växande antal länder (för närvarande 69) i enlighet med rekommendationerna från Världshälsoorganisationen (WHO).

Fenolhartser är förbjudna i flera länder, men inte i Brasilien. Dock, deras dagar är räknade. De är inte bara giftiga, men också ohållbara eftersom de är raffinerade petroleumprodukter. "Asbestcement användes i årtionden, och under den tiden, bransch anpassad till det perfekt. Det verkade vara en oslagbar teknisk lösning, speciellt tack vare dess låga kostnad, men effekterna på hälsan innebär att andra mindre giftiga förstärkningsfibrer måste hittas, sa Savastano.

"Vårt projekt har redan gett resultat med potentiell teknologiöverföring till kommersiella företag. Fibercement kan användas vid tillverkning av korrugerad tak samt kartong, sidospår och andra komponenter för byggbranschen. Vi ersatte inte bara fibern; flera justeringar måste göras i produktionsprocessen, och vi arbetade med detta med företag som tillverkar fibercement i Brasilien. Specifika cementhärdningsmetoder krävdes, till exempel, " han sa.

En studie ledd av Savastano för att utveckla fibercementhärdningsteknik producerade fibercementskivor med en blandning av cement, plastfibrer och växtmassa. "Vårt tillvägagångssätt består i allt högre grad av att använda biomassa flygaska som ersättning för konventionell Portlandcement och växtfibrer istället för plastfibrer, sa Savastano.

Detta skulle konfigurera en tredje generationens produkt. Den första generationen bestod av cement förstärkt med mineralfibrer. Den redan livskraftiga andra generationen kombinerar cement, plastfibrer och växtmassa. Den tredje generationen innebär en progressiv ersättning av cement- och plastfibrer med biomassa flygaska och växtfibrer, därigenom minskar materialets påverkan och gör det mer hållbart i enlighet med samhällets allt mer utbredda miljöförväntningar.

"Ju mer växtbaserade, desto mer hållbart, " sa Savastano. "Därför, nästa steg efter det pågående projektet, som närmar sig sitt slut, kommer att vara att exakt utföra hållbarhetsanalyser och att beräkna hur användningen av större mängder växtfibrer skulle påverka variabler som energiförbrukning i produktionen och slutproduktens hållbarhet."

Tills vidare, de växtfibrer som används i forskningen utvinns fortfarande ur cellulosamassa på grund av kommersiell tillgänglighet. "I ett land som Brasilien, vi kan enkelt använda olika fiberväxter som källor till massa, " sa Savastano. "Till exempel, viktiga alternativ i delstaten São Paulo, som är landets ledande producent av sockerrör, kan vara sockerrörsbagass och halm som källor till både fiber och aska. Om vi ​​betraktar det nationella territoriet som helhet, det finns många andra biomassaalternativ som inte är trä, som sisal, banan och bambu, för att bara nämna några få exempel."

Ersättning av sockerrörsbagass med cellulosamassa, till exempel, skulle uppfylla kravet att avfall ska omvandlas till resurser, bidra till optimering av agroindustriella processer. "Det vi nu kallar avfall är inte alls avfall, men felaktigt använda råvaror, ", sa Savastano. "Ett av syftena med vårt projekt är att erbjuda denna typ av inställning till näringslivet."

Forskningssynergi

Guadeloupes läge i tropikerna, som stora delar av Brasilien, är en viktig faktor i synergieffekterna av forskarteamen från USP och UAG. Jordbruket är lokomotivet för Guadeloupes ekonomi, och huvudgrödorna är sockerrör och bananer.

Eftersom Guadeloupe och Brasilien har liknande klimat, vissa bygglösningar, som de som använder biomassa, är en del av den traditionella kulturen på båda ställena. Dessutom, samspelet mellan de två grupperna har berikats av deras kompletterande färdigheter. "De är starkare inom kemi och vi är starkare inom teknik, sa Savastano.

För den ekologiska linjen, inbegriper tillverkning av spånskivor eller paneler, forskarna är beroende av inköpt växtharts, i detta fall gjord av ricinolja. "Vi fokuserar mest på biomassa, sa Savastano.

"Det finns en bra anledning till detta:biomassa står för minst 85 procent av materialmassan, medan harts endast står för 15 procent. Vi har köpt ett harts som uppfyller alla tekniska specifikationer, men vi har ännu inte bemästrat dess produktion. Om vårt projekt ska ha en framtid, nästa steg måste vara att förvärva denna kompetens genom att samarbeta med grupper som behärskar den här tekniken."

Forskarna vid USP kontaktades nyligen av forskare vid North Carolina A&T State University i USA som använder grisgödsel för att producera ett organiskt bindemedel eller ballast. Detta är bara ett exempel på de många möjligheter som måste undersökas med avseende på hartser.

Forskarna vid USP har arbetat med gröna kokosnötsskal, sockerrörsbagasse, sisal, och även tomma cementpåsar som har kasserats efter användning. Dessa material utgör massan bunden av hartset. En potentiell tillämpning är inom möbelindustrin, som skulle kunna använda spånskivor täckta med tunna skivor av träfaner eller vattentätt laminat.

"Dessa paneler har enorm potential, " sa Savastano. "De kan ha flera lager med optimerad mekanisk, termisk, akustiska eller estetiska egenskaper, och olika typer av paneler kan utformas för specifika användningar inom konstruktion, möbel, förpackning, etc. Det är här ingenjörskonsten har ett stort bidrag att göra genom att beakta sådana faktorer som mekanisk hållfasthet, vattentäthet och hållbarhet. Produktionsskala är nyckeln, men i alla fall, bytet till alternativa material kommer inte att ske över en natt. Alla anpassningar till industriella processer måste undersökas grundligt för att säkerställa konsekvens och tillförlitlighet för både tillverkare och användare."