Từ đồ nội thất đến phụ tùng ô tô đến ván trượt: Hỗn hợp chitosan–lanh thân thiện với môi trường do các nhà nghiên cứu tại Đại học Stuttgart phát triển có thể thay thế vật liệu kết cấu dựa trên hóa thạch ở nhiều khu vực. Tín dụng: BioMat tại ITKE / Đại học Stuttgart, Masih Imani
Vật liệu tổng hợp cung cấp sự ổn định trong các bộ phận máy bay, thiết bị thể thao và đồ gia dụng hàng ngày. Tuy nhiên, hầu hết các vật liệu này có lượng khí thải carbon kém và không thể phân hủy tự nhiên. Một giải pháp thay thế bền vững hơn đã được phát triển bởi một nhóm từ Đại học Stuttgart do Tiến sĩ Linus Stegbauer từ Viện Kỹ thuật Xử lý Giao diện và Công nghệ Plasma (IGVP) đứng đầu. Vật liệu composite hoàn toàn dựa trên sinh học này được làm từ sợi lanh và chitosan polyme sinh học. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Vật liệu tổng hợp. Như tên cho thấy, vật liệu tổng hợp bao gồm ít nhất hai vật liệu ban đầu được kết hợp theo cách sao cho sản phẩm cuối cùng có các đặc tính nhất định (ví dụ: vừa nhẹ vừa bền). Nhiều vật liệu tổng hợp thông thường có chứa polyme dựa trên hóa thạch. Việc tái chế các vật liệu tổng hợp như vậy rất phức tạp và tốn nhiều năng lượng—nếu có thể—và làm suy giảm các đặc tính của vật liệu. Đó là lý do tại sao hầu hết các vật liệu composite kết thúc tại các bãi chôn lấp hoặc nhà máy đốt rác sau khi sử dụng, do đó gây ra lượng khí thải CO2 bổ sung.
Linh kiện tái tạo
Để có thể cung cấp các sản phẩm thân thiện với môi trường hơn, ngành công nghiệp vật liệu tổng hợp cần các giải pháp thay thế cho vật liệu hóa thạch. Thách thức là tìm ra sự cân bằng phù hợp giữa sản xuất tiết kiệm, đặc tính vật liệu tuyệt vời và tính bền vững. Vật liệu tổng hợp sinh học được làm từ các thành phần tự nhiên có khả năng phân hủy sinh học, không độc hại và có thể tái tạo—và do đó có lượng khí thải carbon thấp—cung cấp một giải pháp khả thi.
Một vật liệu như vậy hiện đã được phát triển bởi các nhà nghiên cứu từ Viện Kỹ thuật Xử lý Giao diện và Công nghệ Plasma (IGVP), Viện Kỹ thuật Máy bay (IFB) và Viện Kiến trúc Máy tính và Kỹ thuật Máy tính (ITI). Nhóm nghiên cứu đã sản xuất thành công vật liệu tổng hợp sinh học chitosan-lanh. Những vật liệu này bao gồm các sợi lanh, hoạt động như một yếu tố gia cố, và chitosan polyme sinh học, có nguồn gốc từ chitin và giữ các sợi lanh lại với nhau.
Tiến sĩ Linus Stegbauer, người khởi xướng nghiên cứu cùng với Tiến sĩ Stefan Carosella từ IFB giải thích: "Chúng tôi đã tiến hành các nghiên cứu sâu rộng để thử nghiệm và tối ưu hóa quy trình sản xuất nhằm đạt được các tính chất cơ học phù hợp với các đặc tính cơ học của vật liệu tổng hợp dựa trên hóa thạch".
Trong số những thứ khác, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng chitosan có chiều dài chuỗi polyme ngắn hơn phù hợp nhất để tẩm sợi lanh. Điều này giảm thiểu độ xốp của vật liệu tổng hợp. Hỗn hợp chitosan–lanh không chỉ có khả năng phân hủy tự nhiên và được sản xuất độc quyền từ nguyên liệu thô trung tính CO2 mà còn có độ cứng cao hơn về mật độ và do đó tiềm năng xây dựng trọng lượng nhẹ lớn hơn so với vật liệu tổng hợp có chứa nhựa epoxy.
Stegbauer cho biết: "Điều này mang lại lợi thế cạnh tranh cho vật liệu dựa trên sinh học của chúng tôi. Ví dụ: khi giảm mức tiêu thụ nhiên liệu trong chế tạo ô tô". Theo nghiên cứu, hỗn hợp chitosan–lanh cũng có thể thay thế các vật liệu thông thường trong xây dựng, thiết bị thể thao và thùng chở hàng.
