Ligninbaserad hydrogel som ett nytt jordförbättringsmedel
- Diarienummer
- UKR22-0062
- Projektledare
- Fihurka, Nataliia
- Start- och slutdatum
- 231101-241031
- Beviljat belopp
- 1 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Minskade resurser av fossiler och ökad världsbefolkning får forskarna att hitta nya hållbara resurser. Ur denna synvinkel ser biomassa lovande ut eftersom det är förnybart och samtidigt mycket rikligt material på planeten. Sverige lagrar en enorm mängd förnybar träbiomassa i skogarna. De två viktigaste komponenterna i trä är cellulosa och lignin. När det gäller cellulosa är det värdefullt på grund av dess breda industriella tillämpning. Tvärtom anses lignin vara billigt och 98 % av det förbränns för att generera energi (Rico-García et al., 2020). Stora mängder lignin, som en biprodukt, är årligen tillgängliga från många massaprocesser som pappers- och bioraffinaderi. Istället för att brännas kan lignin användas för olika miljö- och biomedicinska tillämpningar eftersom ligninmakromolekylen innehåller tillgängliga platser för kemisk modifiering. Projektet syftar till utvecklingen av ny ligninbaserad hydrogel med superadsorberande egenskaper. Det antas att de erhållna hydrogelerna kommer att ha följande egenskaper: (1) förmåga till hög vattenretention; (2) förmåga för långsam utsläpp av gödningsmedel: (3) biologisk nedbrytbarhet till icke-toxiska produkter; (4) förnybarhet av råmaterial för hydrogelsyntes. Sådan hydrogel skulle kunna vara ett hållbart och miljövänligt alternativ till industriella jordbrukshydrogeler baserade på syntetiska tvärbundna polymerer.
Populärvetenskaplig beskrivning
Hydrogeler används inom jordbruket för att hålla kvar fukt i jorden eftersom dess innehåll direkt påverkar frögroning och skördar. Det är bekräftat att jordbrukshydrogeler minskar växternas känslighet för vattenbrist och främjar deras tillväxt. Generellt sett består hydrogeljordbruksteknologi av införande av torkade hydrogeler i jorden, särskilt i rotområdet. Överskottet av bevattnat vatten, såväl som regnvatten, adsorberas av partiklarna av torkad hydrogel och hålls kvar i den. Vid brist på tillgänglig fukt i jorden släpper hydrogel ut cirka 95 % av det adsorberade vattnet vilket förhindrar vattenstress. Dessutom kan hydrogelmatrisen laddas med gödningsmedel som kan bromsa utsläppet i jorden. Långvarig leverans av gödningsmedel ökar skördarna och gör det möjligt att applicera lägre mängder gödningsmedel. Således säkerställer jordbrukshydrogeler mindre frekvens av bevattning och mindre mängder gödningsmedel som införs i jorden. Hydrogelteknik är viktig för en rationell användning av färskvatten på planeten och minskar de skadliga effekterna av gödningsmedel på jorden. Majoriteten av de tillgängliga hydrogelerna på marknaden är sammansatta av polyakrylamid, polyakrylater och polyakrinolintril. Dessa polymerer är inte helt biologiskt nedbrytbara och anses därför vara potentiella markföroreningar. Dessutom kräver deras syntes icke-förnybara råresurser som är beroende av petroleumindustrin. Projektet är inriktat på utvecklingen av ny ligninbaserad hydrogel med förmågan att kvarhålla vatten och långsam frisättning av gödningsmedel. Lignin är en naturlig polymer som ingår i landväxter. Efter cellulosa är lignin den vanligaste polymeren på planeten och spelar en viktig roll i den naturliga kolcykeln. Lignin tillsammans med hemicellulosa ger stjälkarnas mekaniska styrka. den tillverkas inte industriellt för särskilda ändamål. Faktum är att lignin och dess kemiskt modifierade former är avfallsprodukter från massa- och pappersindustrin. Under den fysikalisk-kemiska bearbetningen av växtvävnader minskar molekylvikten av lignin flera gånger, och dess kemiska aktivitet ökar. Således är lignin en utmärkt kandidat för utveckling av nya biobaserade material för varierande tillämpningar. Målet med detta projekt är att erhålla ligninbaserade hydrogeler som har följande fördelar: (1) förmåga till hög vattenretention; (2) förmåga långsam utsläpp av gödningsmedel: (3) biologisk nedbrytbarhet till icke-toxiska produkter; (4) förnybarhet av basråmaterial för hydrogelsyntes.