Det är inte varje dag som vi får chansen att intervjua en av våra kunder på andra sidan Atlanten! Denna korrespondent är ingen mindre än det prestigefyllda Kaliforniens tekniska universitet (allmänt känt som CALTECH) representerat av två forskare, Dr. Israel Kellersztein och Prof. Chiara Daraio från Caltechs avdelning för maskin- och anläggningsteknik. I den här intervjun pratar vi med dessa forskare om deras banbrytande forskning kring användningen av chlorella som ett naturligt byggmaterial. De utforskar mikroalgernas unika egenskaper för hållbar konstruktion, drivna av en önskan att skapa miljövänliga material.
En viktig aspekt av deras forskning är renheten hos chlorellavilket är avgörande för att få konsekventa och tillförlitliga resultat. Det är därför de valde Chlorella eChlorial , som är känt för sin exceptionella renhet, och har använt det i flera år. Detta val understryker hur viktigt det är med högkvalitativa material i vetenskapliga framsteg. I denna diskussion berättar Dr Kellersztein och Prof. Daraio om sina motiv, sina resultat och den potentiella framtiden för chlorellabaserade material inom byggbranschen. Deras forskning har varit föremål för en vetenskaplig publikation som citeras i källorna till denna artikel.
Hur blev ni intresserade av att studera chlorella som konstruktionsmaterial?
Vårt intresse för att studera chlorella som ett naturligt material för strukturella tillämpningar uppstod ur en önskan att ta itu med miljöfrågor och att utforska innovativa och hållbara lösningar för nya förpackningar och konstruktionsmaterial som inte är beroende av syntetiska polymerer.
Vi fascinerades av chlorellans särdrag, bland annat dess snabba tillväxthastighet, dess komplexa biokemiska sammansättning samt cellernas form och storlek. Utsikterna att bidra till produktionen av miljövänliga material fick oss att studera chlorella för strukturella tillämpningar.
Vad gör chlorella lämpligt att använda i konstruktionsmaterial?
Chlorellaceller har flera egenskaper som gör dem till en idealisk kandidat för strukturella tillämpningar. Chlorella kan odlas snabbt och på ett hållbart sätt, vilket gör den till en förnybar och miljövänlig resurs. Cellerna har en stor yta på grund av sin lilla storlek och sfäriska form, vilket är särskilt viktigt för att främja interaktioner med andra material när man utformar kompositer.
En av de viktigaste egenskaperna hos chlorella är dess cellvägg. Detta tunna yttre lager ansvarar för ett antal kritiska funktioner, bland annat strukturellt stöd, skydd och cellpermeabilitet. När det gäller chlorella är cellväggen rik på cellulosa, en mycket styv och motståndskraftig biopolymer. Den robusta cellulosabaserade cellväggen ger den styvhet och styrka som behövs för en mängd olika tillämpningar. För att kunna utforma effektiva strukturella material baserade på chlorellaceller är det viktigt att cellväggen förblir intakt och att chlorellans sfäriska form bibehålls. Dessa egenskaper gör chlorella till ett lovande material för skapandet av starka, lätta och hållbara strukturella material.
Varför är renheten hos chlorella viktig för dess användning i strukturella material?
Förekomsten av ytterligare komponenter, eller orenheter, i chlorella kan påverka dess egenskaper avsevärt, inklusive dess mekaniska prestanda. Som forskare och ingenjörer är vårt mål att utforma material med konsekventa mekaniska egenskaper. När det gäller chlorellabaserade material strävar vi efter att producera strukturer som alltid beter sig på samma sätt.
För att uppnå detta måste chlorellan vara så ren som möjligt. Annars kommer egenskaperna hos det slutliga materialet att påverkas av föroreningar, som kan interagera svagt med chlorellacellerna, vilket resulterar i diskontinuiteter och defekter. Chlorellans renhet är avgörande eftersom den garanterar tillförlitligheten och hållbarheten hos de resulterande strukturerna, vilket gör dem effektiva som strukturella material.
Vilka är fördelarna med chlorellabaserade material jämfört med traditionella material?
Syntetiska polymermaterial, som polyeten eller polypropen, framställs av råvaror som utvinns ur fossila bränslen, framför allt olja eller naturgas. Denna produktionsprocess förbrukar mycket energi. Dessutom är syntetiska polymerer inte biologiskt nedbrytbara, vilket leder till miljöförstöring när de kasseras, eftersom de släpper ut skadliga kemikalier och föroreningar i miljön.
Biologiskt nedbrytbara polymerer, som t.ex. polymjölksyra, utgör ett alternativ men är förknippade med höga utvinnings- och produktionskostnader. Dessutom kan odling av naturliga växter för att utvinna monomerer innebära användning av gödningsmedel, vilket leder till föroreningar och konkurrens om livsmedelsresurser. Avskogning, som i fallet med trä, bidrar till den globala uppvärmningen genom att öka marktemperaturen.
Att använda chlorella som en naturlig resurs för att utforma material har många fördelar. Det bidrar till att bevara miljön, spara resurser och mildra klimatförändringarna.
Chlorella absorberar mer koldioxid än markbundna växter. Den kan trivas i en mängd olika miljöer utan att konkurrera med jordbruksmark.
Vilka utmaningar står ni inför när det gäller att utveckla chlorella som ett hållbart material?
Mikroalger har länge varit föremål för forskning inom biovetenskaperna och fungerar som ett modellsystem för att förstå mekanismerna för bland annat cellproliferation och fotosyntetiska aktiviteter. Inom materialvetenskapen är mikroalger en ny klass av resurser för att utforma nya biomaterial med strukturella egenskaper.
Mikroalgceller består av en mängd olika material, bland annat proteiner, lipider och polysackarider, vilket gör dem till ett komplext system. Dessutom är cellväggens morfologi och egenskaper komplexa, vilket kräver ytterligare forskning för att fullt ut förstå hur chlorellabaserade material kan bearbetas och förbättras.
Det handlar om att studera de potentiella interaktionerna mellan chlorellaceller och naturliga eller syntetiska förstärkningar, samt att förstå effekterna av olika bearbetningsparametrar som tryck, temperatur eller viskositet vid utformningen av dessa material.
Hur ser framtiden ut för chlorella inom bygg- och förpackningssektorn, och vilka steg tar ni för att nå dit?
Vi förväntar oss att inte bara chlorella utan även andra mikroalgstammar kommer att användas i en rad olika tillämpningar, bland annat inomförpacknings- och byggsektorn. Preliminär forskning visar att den mekaniska kapaciteten hos dessa material är jämförbar med den hos baspolymerer som polypropylen eller polyeten. Dessutom erbjuder algbaserade material potential för olika funktionaliteter utöver mekaniska egenskaper, t.ex. termisk eller akustisk isolering.
För närvarande görs stora ansträngningar för att utveckla bearbetningsmetoder, framför allt 3D-printing, som är en mer hållbar process som gör det möjligt att utforma mer komplexa former. Dessutom pågår forskning om formpressning av spirulina eller alger som härrör från avloppsvatten.
***
Är du intresserad av detta ämne? Tveka inte att kontakta oss för mer information.