PN-III-P2-2.1-PED-2021-3384
Deșeurile lignocelulozice (LCA) provenite din culturile agricole reprezintă o categorie importantă de biomasă generată în urma recoltării. Aceste materiale, constand în diferite parți ale plantelor au o valoare economică redusă și sunt considerate deșeuri de cultură. Oportunitatea proiectului este evidentă, dacă se iau in considerare marile cantități disponibile, gradul de cunoastere cu privire la metodele de procesare și compoziția chimică. Un alt argument este și nevoia de îmbunătățire a aspectelor economice ale proceselor de fabricare a celulozelor papetare prin prelucrarea preliminara în direcția sepaării hemicelulozelor, în speță a xilanului. Provocările prezentate de propunerea de proiect includ: identificarea și optimizarea unor metode de separare a xilanului cu procesarea ulterioara a LCA în vederea obținerii de fibre celulozice cu bune proprietăți papetare, recuperarea alcaliilor utilizate în faza de separare a xilanului; îndepartărea unor potențiali inhibitor (lignină și alți compuși) evaluarea potențialului de valorificare a fluxurilor lichide reziduale în procese biotehnologice sau epurarea ca efluent final în vederea reutilizării sau a evacuării. Instrumentele specifice proceselor de evaluare a ciclului de viață vor indica performanțele de mediu ale tehnicilor de procesare a LCA demonstrate practic.
Materiile prime utilizate în cadrul prezentului proiect sunt reziduuri lignocelulozice rezultate din culturile agricole (RCA:paie de grâu, tulpini de porumb). Aceste materiale au fost caracterizate în vederea stabilirii conținutului de componenți chimici principali: celuloză, polizaharide necelulozice (hemiceluloze) și lignină. Acești componenți sunt polimeri naturali iar RCA se prezintă ca o resursă regenerabilă, a căror utilizare poate deveni sustenabilă dacă se identifică căile optime de separare. În acest mod, prelucrarea RCA se identifică atât ca ca metodă de utilizare avansată a bioresurselor cât și de reducere a dependeței de combustibili fosili aspecte critice în contextul respectării principiilor economiei circulare. Produsele cele mai importante care pot fi obținute prin prelucrarea RCA sunt: fibre celulozice papetare utile ca materie primă la fabricarea hârtiei și ambalajelor biodegradabile;hemiceluloze – polizaharide ce pot fi utilizate ca materii prime pentru obținere de biofilme și precursori chimici; lignină ce prezintă proprietăți antioxidante, dar care poate fi valorificată ca și biocombustibil.
Culturile cerealiere generează cantitati importante de deșeuri agricole. Dintre acestea cele mai importante cantități se produc ca urmare a recoltării grâului și porumbului. Aceste reziduuri prezintă un potențial de valorificare superioară important și pot fi integrate în economia circulară prin procesare avansată în vederea valorificării complete, integrale. În figură se redau principalele etape de prelucrare. Practic, tehnologia previzionată implică etapa de colectare și eventuală condiționare a RCA (reziduuri provenite din culturile agricole) funcție de situație: tocare, uscare sortare. Ulterior, RCA sunt supuse unui tratament preliminar de pre-extracție a hemicelulozelor și ligninei. Fluxul lichid rezultat din acest tratament (leșii de extracție - LE) poate fi prelucrat integral sau parțial pentru separarea ligninei și a hemicelulozelor. Faza solidă constituită din RCA pretratate este utilizată ulterior în scopul separării fibrelor celulozice papetare (FCP) care urmează calea prelucrării în vederea obținerii hârtiei – material indispensabil pentru fabricarea unei game largi de ambalaje ecologice reciclabile. Și din etapa de obținerii FCP se obțin fluxuri lichide reziduale (leșii negre - LN) care pot fi utilizate individual sau în comun cu LE pentru separarea ligninei și a polizaharidelor necelulozice (hemiceluloze cu catena principală consituită din xilan -XHC). Lignina se prezintă ca produs polimeric versatil cu o gama largă de aplicații incluzând producerea de precursori aromatici și biocombustibili sau chiar îngrășăminte, amelioratori agricoli și bio-pesticide. XHC separate prezintă și ele un potențial imens de valorificare: prelucrare hidrolitică, chimică și biochimică în direcția obținerii de precursori chimici sau chimicale de nișă dar și pentru utilizarea în formă polimerică pentru obtinerea de materiale polimerice biodegradabile. Și în cazul produselor de hârtie și carton improprii reciclării din varii motive există potențialul utilizării acestora în agricultură – ameliorarea solurilor și creșterea conținutului de materie organică.