In Duitsland, de grenswaarden voor nitraatverontreiniging herhaaldelijk zijn overschreden, mede door meststoffen in de bodem. Biopolymeren kunnen helpen.

Ingenieurs hebben een methode bedacht om mest gerichter toe te passen op landbouwbodems. In dit proces, de meststof is ingekapseld in een biopolymeerschuim, waaruit het continu kan worden vrijgegeven. Deze techniek werd uiteengezet in een artikel gepubliceerd in Rubin, het wetenschapsmagazine van de RUB. Het project is uitgevoerd door de onderzoeksgroep Virtualisation of Process Technology onder leiding van professor Sulamith Frerich, en ingebed in onderzoeksactiviteiten gericht op het verantwoord gebruik van polymeren door circulaire economie, uitgevoerd door het team van professor Eckhard Weidner, Leerstoel voor procestechnologie aan de Ruhr-Universität Bochum en hoofd van Fraunhofer Umsicht.

doctoraat studente Diana Keddi testte twee methoden waarmee ze een stikstofhoudende stof - in deze tests ureum - in een biopolymeerschuim kon inbedden. "Om het afgiftepatroon te beheersen, we moeten specifiek een dragermatrix bouwen voor de meststof, " legt ze uit. "Omdat we een verontreiniging van de bodem met het capsulemateriaal willen voorkomen, het materiaal zou idealiter biologisch afbreekbaar moeten zijn." ze gebruikt een biopolymeerschuim gemaakt van polymelkzuur, PLA in het kort, dat kan worden gewonnen uit maïs of suikerriet. De ingekapselde meststof was uiteindelijk aanwezig in de vorm van chips, vergelijkbaar met de verpakkingschips die tegenwoordig piepschuim in veel verzenddozen hebben vervangen.

Zorgen voor lage temperatuur

"De grootste uitdaging bij het produceren van een poreus composiet van PLA en ureum is:we moeten het biopolymeer verwerken zonder het ureum thermisch af te breken, " schetst Diana Keddi. Ureum smelt bij ongeveer 130 graden Celsius, overwegende dat polymelkzuur onder normale druk bij 140 tot 170 graden Celsius smelt, afhankelijk van soort. Echter, als de gasdruk stijgt, de smelttemperatuur daalt.

De experimenten van Diana Keddi toonden aan dat, afhankelijk van het type PLA, een druk tussen 200 en 350 bar in een CO ₂ atmosfeer is vereist om het biopolymeer te verwerken. Het polymelkzuur smelt dan onder de 130 graden Celsius en, bijgevolg, onder de smelttemperatuur van ureum. In aanvulling, de onderzoeker gebruikte een tweede methode, het zogenaamde gas-antisolventproces, waar de vereiste temperatuur slechts 40 graden Celsius was en de druk tussen 100 en 180 bar.

Ureum komt geleidelijk vrij

Door beide processen te combineren, Diana Keddi maakte composieten van PLA en ureum. Ze toonde vervolgens aan dat de stikstofhoudende stof binnen twee uur vrijkomt uit het PLA-schuim bij continu doorspoelen. "Zonder inkapseling, het gehele ureum in deze testopstelling zou binnen twee minuten vrijkomen, " legt de onderzoeker uit. "We kunnen de releasetijd dus aanzienlijk verlengen met inkapseling."