Fejlesztés biogén anyagokból származó, klímasemleges építőanyagok terén biogén anyagkinyerés révén, fényhasznosító mikroorganizmusok felhasználásával

REAMODE – Kísérleti berendezés szerves anyagok módosítására gyorsított elektronokkal. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer / REAMODE – Tesztberendezés szerves anyagok módosítására gyorsított elektronokkal. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer

Photobioreaktor des Fraunhofer FEP zur Kultivierung phototropher Mikroorganismen im Labormaßstab unter definierten Licht-, Temperatur- und Gasbedingungen. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer / Fraunhofer FEP photobioreaktor zur Kultivierung phototroper Mikroorganismen im Labormaßstab unter definierten Licht-, Temperatur- und Gasbedingungen. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer

A Dresdenben található Fraunhofer Elektronnyaláb- és Plazatechnológiai Intézet (FEP) az iparorientált kompetenciaportfóliójára alapozva széles skáláját kínálja skálázható kutatási és fejlesztési lehetőségeknek. Küldetésünk, hogy technológiai innovációs potenciálunkat új gyártási folyamatokra alkalmazzuk, és társadalmi igényekre, mint az erőforrás-megtakarítás és a klímatudatosság, hasznosítsuk. A növekvő keresletre reagálva a klímatudatos építőanyagok iránt az építőiparban is keresik az új gyártási eljárásokat. A Fraunhofer FEP-nél innovatív elektronnyaláb-alapú folyamatokat kutatnak a biogén mész szintézisének fokozására fototróf mikroorganizmusok segítségével, hogy támogassák a cementipar dekarbonizációját. Ennek eredményeként a jövőben tovább csökkenthető a cementkészítmények CO2-lábnyoma, és fokozatosan helyettesíthető lesz a fosszilis mészkő elsődleges forrásként. Ezt a kutatási projektet a müncheni Bau kiállításon mutatják be 2025. január 13–17. között a Fraunhofer BAU Szövetség közös standjén, a C2 csarnokban, stand száma 528.

A Fraunhofer FEP szoros ipari kapcsolata lehetővé teszi számunkra, hogy közösen partnereinkkel az alkalmazott kutatás eredményeit sokféle alkalmazásba és termékbe átültessük. Különösen a fenntarthatóság, az élet tudományok és a környezettechnológiák stratégiai kutatási területeire összpontosítunk. Fontos alkalmazási területek például az építőipar és az okosépületek szektora. Különösen a kis energiájú, nem termikus elektronnyaláb-technológia multifunkcionális eszközként mindenható lehetőségeket kínál számos környezetvédelmi és biotechnológiai alkalmazásban, és integrálható meglévő gyártósorokba. A fenntartható és erőforrás-kímélő folyamatok iránti növekvő igények, valamint a klímacélok elérésének érdekében nő a biobázisú helyettesítési folyamatok iránti kereslet az építőiparban is. Környezetvédelmi kérdések, például a biotechnológiai erőforrás-kinyerés területén a Fraunhofer FEP tudósai a kis energiájú elektronnyalábok kémiai és biológiai hatásait használják fel az alkalmazás-specifikus folyamatfejlesztéshez.

Ambiciózus célként Németország a 2045-ös klímatudatossági törvényben vállalta a klímatudatosság elérését, és a üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentését, ami egyben hatalmas kihívást jelent az ipar számára. Az építőipar az egyik legnagyobb gazdasági szektor világszerte, ezért a klímatudatos és körkörös építés jövője sokféle átalakulást igényel. Az új biobázisú és fenntartható anyagok fejlesztése a CO2 tartós megkötésére kutatási és fejlesztési irány lehet, amit Dr. Ulla König projektvezető a Fraunhofer FEP Biokompatibilis anyagok csoportjában végez.

A világ leggyakrabban használt anyaga, a cement, elengedhetetlen a építőiparban, azonban a globális cementfogyasztás a népességnövekedés, az urbanizáció és az infrastruktúra fejlesztése miatt tovább növekszik. A cementipar jelentős üvegházhatású gázkibocsátó, ezért a klímatudatosság csak alternatív megközelítésekkel érhető el ebben a szektorban. A dekarbonizáció ígéretes stratégia, melynek egyik fő feladata a CO2-kibocsátás csökkentett cementek fejlesztése.

A Fraunhofer FEP kutatócsoportja, a Biokompatibilis anyagok, az intézmény saját orvosi szolgáltató laborjával együttműködve intenzíven foglalkozik a másodlagos mészkő biogén anyagfejlesztésével fototróf mikroorganizmusok segítségével, CO2 felhasználásával. Ezek képesek fotoszintézis révén a légkörből származó szén-dioxidot fixálni és átalakítani. A kutatás fő célja, hogy a több milliárd éve természetben létező mikrobiális mész képződési folyamatot technológiailag megvalósíthatóvá és hatékonyabbá tegye, így későbbi lépésekben alacsony kibocsátású építőanyagokat állíthassanak elő, amelyek tartósan megkötik a CO2-t, és így fenntartható módon járulnak hozzá a körkörös gazdasághoz.

Dr. Ulla König csoportvezető így fogalmaz: „A biogén mészkő szintézisének optimalizálása és skálázhatósága, amely a mikrobiális biomineralizációs folyamaton alapul, alapvető szerepet játszik a jövőbeni nagyszabású alkalmazásokban. A Fraunhofer FEP-nél ezért az elektronnyaláb-technológia biostimuláló potenciálját egy új megoldási megközelítéssel ötvöztük. Ennek keretében a kis energiájú, nem termikus elektronnyaláb folyamatok biopozitív hatását vizsgáljuk a fototróf mikroorganizmusok anyagcsere-folyamataira, hogy növeljük a biogén mészkő szintézis hatékonyságát és gazdaságosságát.”

A jövőbeli fejlesztési lépésekben a kooperációk révén zárt ciklusú gyártási eljárásokkal fenntartható, biobázisú építő- és szerkezeti anyagokat lehet majd fejleszteni, beleértve a hulladék- és maradékanyagok újrahasznosítását is. A Bau 2025 kiállításon Münchenben, 2025. január 13–17. között, a tudósok bemutatják ezeket az új kutatási megközelítéseket és további perspektívákat a Fraunhofer közös standján, és lehetőséget kínálnak közös projektötletek és kutatási tervek megvitatására.