Konopie to surowiec niezwykle wszechstronny i odnawialny, który podczas wzrostu dodatkowo poprawia jakość gleby, na której jest uprawiany. Dzięki odpowiedniej technologii z rośliny konopi można pozyskiwać żywność, włókna do produkcji tekstyliów, materiały budowlane i izolacyjne, a nawet zamienniki plastiku. Obszary zastosowania konopi stale się poszerzają, a naukowcy nieustannie poszukują nowych możliwości wykorzystania tej praktycznej rośliny w kolejnych dziedzinach.
Niedawno naukowcy w USA opracowali biodegradowalne materiały o wyjątkowo wysokiej zdolności absorpcji płynów, które mogą być wykorzystywane m.in. do produkcji pieluszek. To innowacyjne rozwiązanie stanowi ważny krok w kierunku ochrony środowiska. Wyekstrahowana z włókien konopnych celuloza może w przyszłości znaleźć zastosowanie także w artykułach higienicznych dla kobiet oraz w rolnictwie.
Powrót Do Natury
Konopie to wyjątkowo praktyczny surowiec, który może stanowić przyjazną dla klimatu alternatywę dla wielu materiałów obecnie stosowanych w różnych dziedzinach. Tak samo widzą to naukowcy z Uniwersytetu Purdue w Lafayette, w stanie Indiana (USA). Opracowali oni z celulozy konopnej materiały „superabsorpcyjne”, które są biodegradowalne, a tym samym znacznie bardziej przyjazne dla środowiska niż środki chłonne na bazie ropy naftowej. Dzięki temu można ograniczyć problemy ekologiczne związane z produktami, które nie są odnawialne ani biodegradowalne.
Już sam proces produkcji tych konwencjonalnych produktów pogłębia problem, ponieważ wymaga dużych nakładów energii. Senay Simsek, kierowniczka Katedry Nauk o Żywności na uniwersytecie oraz liderka zespołu badawczego zajmującego się konopiami, wyjaśnia, że paździerze konopne — znajdujące się wewnątrz drewnianego rdzenia łodygi — są wyjątkowo chłonne dzięki wysokiej zawartości celulozy i niskiej zawartości ligniny. Z tego powodu świetnie nadają się jako alternatywa dla superabsorpcyjnych materiałów, takich jak te stosowane np. w pieluszkach.
Zmiana Struktury Molekularnej
Senay Simsek wyjaśnia, że celuloza pozyskiwana z włókien konopnych posiada możliwą do modyfikacji strukturę molekularną, którą można tak przekształcić, aby zwiększyć zdolność zatrzymywania wody. To czyni ją idealnym materiałem do produktów wymagających wysokiej chłonności. Włókna łykowe konopi, czyli pasmowate włókna znajdujące się po zewnętrznej stronie łodygi, mają co prawda niższą zdolność absorpcji, ale za to oferują wytrzymałość i trwałość — dodaje Simsek.
Opracowana na uniwersytecie metoda uszlachetniania celulozy konopnej obejmuje starannie zaprojektowaną sekwencję zabiegów, które najpierw rozbijają naturalną strukturę materiału, a następnie zwiększają jego powierzchnię i porowatość. To mniej więcej tak, jakby „przekształcić zbity gąbczasty materiał w bardziej otwartą, puszystą gąbkę” — tłumaczy badaczka. Unikalność opracowanej technologii polega również na jej wszechstronności, która sprawia, że może być ona z powodzeniem stosowana w różnych branżach, wszędzie tam, gdzie potrzebne są superchłonne materiały.
Cel: Nowe Zastosowania
Według Senay Simsek, pozyskana w ten sposób celuloza konopna może w przyszłości znaleźć praktyczne zastosowanie nie tylko w pieluszkach i produktach higienicznych, ale również w innych ważnych obszarach. Materiał ten mógłby być wykorzystywany np. jako dodatek do gleby, pomagający w zatrzymywaniu wody – stanowiąc tym samym zrównoważoną alternatywę dla tradycyjnych superabsorbentów. Obecnie stosowane środki chłonne mogą bowiem szkodzić glebie i hamować wzrost roślin.
Jej podejście pozwala oszczędzać wodę i wspiera ekosystem, oferując biodegradowalne rozwiązanie, które może naturalnie wkomponować się w obieg przyrody. Co więcej, absorpcyjne materiały na bazie konopi mogłyby być wykorzystane również w biosensorach, stosowanych w wielu branżach – m.in. w paskach do pomiaru glukozy czy testach ciążowych.
Wszechstronność tego materiału wynika z jego zdolności do dynamicznego reagowania na zmiany w otoczeniu. Ta właściwość, jak wyjaśnia Simsek, jest niezbędna do szybkiego i precyzyjnego działania nowoczesnych biosensorów.
Dobre Dla Środowiska
Zużyte, nienadające się do biodegradacji jednorazowe pieluchy stanowią poważne obciążenie dla zdrowia naszej planety — wynika z raportu Światowego Forum Ekonomicznego z 2023 roku. Każdego dnia ponad 300 000 pieluch jednorazowych jest spalanych lub trafia na wysypiska. Tylko w samych Stanach Zjednoczonych co roku wyrzuca się miliardy podpasek menstruacyjnych i tamponów.
Oprócz problemów środowiskowych, produkcja środków chłonnych na bazie ropy naftowej przyczynia się do wyczerpywania ograniczonych zasobów i sprawia, że produkty te są podatne na wahania cen ropy i napięcia geopolityczne — podkreśla Senay Simsek, odnosząc się do ekologicznego wymiaru swoich badań.
Kolejnym krokiem jest teraz wprowadzenie tej technologii na skalę przemysłową, tak aby superabsorpcyjne materiały mogły trafić na rynek zgodnie z ich planowanym zastosowaniem. Etap skalowania ma kluczowe znaczenie nie tylko dla dopracowania procesu technologicznego, ale również dla zaprezentowania praktycznych zastosowań tej innowacji — zwłaszcza w rolnictwie i w opakowaniach żywności. Zdaniem Simsek są to właśnie obszary, w których zrównoważone rozwiązania są obecnie najbardziej potrzebne.
Ogromny Rynek
Fakt, że opracowanie superchłonnego materiału na bazie konopi ma sens nie tylko z punktu widzenia środowiskowego, lecz także gospodarczego, potwierdzają dane dotyczące wielkości rynku pieluch i artykułów higienicznych. Przychody ze sprzedaży jednorazowych pieluszek na świecie w 2023 roku oszacowano na kwotę od 80 do 90 miliardów dolarów amerykańskich. Z kolei rynek produktów higienicznych dla kobiet — w tym tamponów, podpasek i wkładek — ma według prognoz osiągnąć do 2025 roku wartość od 50 do 55 miliardów dolarów.
Potencjał dla takich materiałów jest więc ogromny. Łączny rynek dla biosensorów — takich jak paski do pomiaru glukozy stosowane przez diabetyków oraz domowe testy ciążowe — został według HempToday.net w ubiegłym roku oszacowany na 20 do 25 miliardów dolarów na całym świecie. Natomiast rynek systemów zatrzymywania wody w rolnictwie to wciąż stosunkowo mały segment, którego wartość szacuje się na 500 milionów do 1 miliarda dolarów. Jednak z powodu rosnących obaw o niedobory wody i coraz szerszego wdrażania zrównoważonych praktyk rolniczych, przewiduje się, że ten rynek w najbliższych latach odnotuje znaczący wzrost.
Prawdopodobnie także z tych powodów wynalazek superchłonnego materiału na bazie konopi został zgłoszony do biura komercjalizacji uniwersytetu, które już wystąpiło o patent w Amerykańskim Urzędzie Patentów i Znaków Towarowych (USPTO).
