Het is waarschijnlijk niet het eerste waar je aan denkt als je olifantenpoep ziet, maar dit materiaal blijkt een uitstekende bron van cellulose te zijn voor de papierproductie in landen waar bomen schaars zijn, wetenschappers melden. En in streken met veel boerderijdieren zoals koeien, het upcyclen van mest tot papierproducten zou een goedkope en milieuvriendelijke methode kunnen zijn om van dit alomtegenwoordige landbouwafval af te komen.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de 255e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS).

Het idee voor het project ontstond op Kreta, waar Alexander Bismarck, doctoraat, merkte geiten op die op zomerdroog gras kauwden in het kleine dorp waar hij op vakantie was. "Ik realiseerde me dat wat er uiteindelijk uitkomt gedeeltelijk verteerd plantaardig materiaal is, dus er moet cellulose in zitten, " herinnert hij zich.

"Dieren eten laagwaardige biomassa die cellulose bevat, erop kauwen en blootstellen aan enzymen en zuur in hun maag, en vervolgens mest produceren. Afhankelijk van het dier, tot 40 procent van die mest is cellulose, die dan gemakkelijk bereikbaar is, " zegt Bismarck. Dus, er zouden veel minder energie en chemische behandelingen nodig zijn om dit gedeeltelijk verteerde materiaal om te zetten in cellulose-nanovezels, ten opzichte van beginnen met onbewerkt hout, vermoedde hij.

Na het werken met geitenmest, Bismarck, die aan de universiteit van Wenen is, Oostenrijk, zijn postdoc Andreas Mautner, doctoraat, en afgestudeerde studenten Nurul Ain Kamal en Kathrin Weiland gingen over op mest van paarden, koeien en uiteindelijk olifanten. De aanvoer van grondstoffen is aanzienlijk:parken in Afrika waar honderden olifanten leven, produceren elke dag tonnen mest, en enorme veeboerderijen in de VS en Europa leveren bergen mest op, volgens Mautner.

De onderzoekers behandelen de mest met een natriumhydroxide-oplossing. Dit verwijdert gedeeltelijk lignine - dat later als meststof of brandstof kan worden gebruikt - evenals andere onzuiverheden, inclusief eiwitten en dode cellen. Om lignine volledig te verwijderen en witte pulp te produceren voor het maken van papier, het materiaal moet worden gebleekt met natriumhypochloriet. De gezuiverde cellulose vereist weinig of geen vermaling om het af te breken tot nanovezels ter voorbereiding voor gebruik in papier, in tegenstelling tot conventionele methoden.

"Je hebt veel energie nodig om hout te vermalen om nanocellulose te maken, zegt Mautner. Maar met mest als uitgangsmateriaal, "u kunt het aantal stappen dat u moet uitvoeren verminderen, simpelweg omdat het dier de plant al heeft gekauwd en het heeft aangevallen met zuur en enzymen. Je maakt goedkoop een nanocellulose die dezelfde of zelfs betere eigenschappen heeft dan nanocellulose uit hout, met een lager energie- en chemicaliënverbruik, " hij zegt.

Het van mest afgeleide nanopapier kan in veel toepassingen worden gebruikt, onder meer als versterking voor polymeercomposieten of filters die afvalwater kunnen reinigen voordat het in het milieu wordt geloosd, zegt Bismarck. Zijn team werkt samen met een industrieel consortium om deze mogelijkheden verder te verkennen. Het nanopapier kan ook worden gebruikt om op te schrijven, hij zegt.

Ook onderzoeken de onderzoekers of het proces nog duurzamer kan, door eerst biogas te maken uit mest en vervolgens cellulosevezels uit het residu te halen. biogas, dat voornamelijk methaan en koolstofdioxide is, kan vervolgens worden gebruikt als brandstof voor de opwekking van elektriciteit of warmte.