Jordbruksmark i Tyskland får ofta mycket mer gödselmedel än vad som faktiskt behövs. Kredit:Roberto Schirdewahn
I Tyskland, gränsvärdena för nitratföroreningar har upprepade gånger överskridits, delvis på grund av gödningsmedel i jorden. Biopolymerer kan hjälpa.
Ingenjörer har tagit fram en metod för mer målinriktad spridning av gödningsmedel på jordbruksmark. I denna process, gödselmedlet är inkapslat i ett biopolymerskum, varifrån den kontinuerligt kan frigöras. Denna teknik beskrevs i en artikel publicerad i Rubin, RUB:s vetenskapstidning. Projektet genomfördes av forskargruppen Virtualisation of Process Technology ledd av professor Sulamith Frerich, och inbäddad i forskningsaktiviteter fokuserade på ansvarsfull användning av polymerer genom cirkulär ekonomi utförd av teamet av professor Eckhard Weidner, Ordförande för processteknik vid Ruhr-Universität Bochum och chef för Fraunhofer Umsicht.
Ph.D. Student Diana Keddi testade två metoder som gjorde det möjligt för henne att bädda in ett kvävehaltigt ämne – i dessa tester urea – i ett biopolymerskum. "För att kontrollera frisättningsmönstret, vi måste specifikt bygga en bärarmatris för gödselmedlet, " förklarar hon. "Eftersom vi vill förhindra en förorening av jorden med kapselmaterialet, materialet bör helst vara biologiskt nedbrytbart." hon använder ett biopolymerskum tillverkat av polymjölksyra, PLA för kort, som kan utvinnas ur majs eller sockerrör. Det inkapslade gödselmedlet var slutligen närvarande i form av flis, liknande de förpackningschips som har ersatt frigolit i många fraktkartonger idag.
Säkerställ låg temperatur
"Den största utmaningen med att producera en porös komposit av PLA och urea är:vi måste bearbeta biopolymeren utan att termiskt sönderdela urean, " beskriver Diana Keddi. Urea smälter vid cirka 130 grader Celsius, medan polymjölksyra smälter vid 140 till 170 grader Celsius under normalt tryck, beroende på typ. Dock, om gastrycket ökar, smälttemperaturen minskar.
Diana Keddis experiment visade att beroende på typ av PLA, ett tryck mellan 200 och 350 bar i en CO 2 atmosfär krävs för att bearbeta biopolymeren. Polymjölksyran smälter sedan under 130 grader Celsius och, följaktligen, under ureans smälttemperatur. Dessutom, forskaren använde en andra metod, den så kallade gas-antilösningsmedelsprocessen, där den erforderliga temperaturen bara var 40 grader Celsius och trycket låg mellan 100 och 180 bar.
Urea frigörs gradvis
Genom att kombinera båda processerna, Diana Keddi producerade kompositer av PLA och urea. Hon visade sedan att den kvävehaltiga substansen frigörs från PLA-skummet inom två timmar när den kontinuerligt spolas igenom. "Utan inkapsling, hela urean i denna testuppsättning skulle frigöras inom två minuter, " förklarar forskaren. "Vi kan därför förlänga frisättningstiden avsevärt med inkapsling."
