Potenciál rostlin rostoucích v mokřadech a rašeliništích pro výrobu udržitelných obalů se rozhodli prozkoumat výzkumníci Fraunhoferova institutu pro technologie a obaly (Fraunhofer IVV). Podle nich je výroba papíru z vláken rákosu či ostřice díky nízkému obsahu ligninu méně energeticky náročná, než jeho produkce z dřevin. Materiál je tak vhodný například pro výrobu lepenkových krabic, tácků a podobných předmětů.
Tržní ceny dřeva prudce rostou, a například Německo celých 80 % dřevních surovin v současné době dováží. Význam hledání alternativních surovin vhodných pro výrobu papírových obalů proto tedy nemusel nikdo výzkumníkům Fraunhoferova institutu ve Freisingu a Drážďanech nijak zvlášť zdůrazňovat. V rámci projektu Paludi (od slova paludikultura, kterým se rozumí zemědělské nebo lesnické využívání znovu zavodněných rašelinišť a dalších mokřadů), zde studují možnosti využití rákosu, ostřice i jiných rostlin pro výrobu papírových obalů. A zkoušky výrobních postupů již přinesly první výsledky.
Zkoumané rostliny vysadili na podmáčených rašeliništích a slatiništích lidé. V těchto souvislostech je důležité zmínit, že podle nařízení EU o obnově přírody má být do roku minimálně 30 % ploch rašelinišť a mokřadů znovu zavodněno a obnoveno (a to do roku 2030; pro roky 2040 a 2050 se počítá se 40, resp. 50 %). Smyslem zmiňované paludikultury je zamezit ztrátám organické hmoty z půd, které jsou na ni bohaté, přičemž již před několika lety studie ukázaly, že paludikultury mohou přinášet i zisk. „Pomáhají udržovat rašeliniště a přispívají k ochraně klimatu, protože minimalizují emise uhlíku – a to je další důvod, proč je dále studovat,“ říká vedoucí projektu Fabian Kayatz. Program podporuje spolková vláda i zemská ministerstva v Bavorsku a Meklenbursku-Předním Pomořansku.
Čím méně ligninu, tím méně chemie při zpracování
V porovnání se dřevem se rákos a podobné rostliny vyznačují nízkým obsahem ligninu, což umožňuje použít při rozvlákňování rostlinných vláken méně chemikálií k dosažení dostatečně kvalitního vlákna. V závislosti na konkrétně druhu rostlin rostlině dosáhli výzkumníci hodnoty obsahu ligninu mezi 20 a 23 %. Sklizený materiál měl obsah ligninu o 25, resp. 15 % nižší ve srovnání s měkkým a tvrdým dřevem. „Čím nižší je obsah ligninu, tedy přirozeného lepidla v buněčných stěnách rostlin, tím nižší je spotřeba prostředků, jako jsou kyseliny nebo zásady, při chemickém rozvlákňování, a tím stabilnější je síť vláken, která se vytvoří,“ vysvětluje Fabian Kayatz. Kromě toho má buničina z těchto rostlinných vláken lepší mechanické vlastnosti než buničina z jiných druhů slámy, například kukuřičné nebo bambusové.
Rozvlákňování při teplotách pod 100 °C
Lignin z nedřevnatých rostlin lze navíc snáze uvolnit nebo oddělit od vláken, takže metody rozvlákňování, jako je například alkalické rozvlákňování sodou, jsou nakonec méně energeticky náročné než běžné postupy výroby papíru z dřevních vláken. V případě procesu rozvlákňování vyvinutého v rámci projektu, který byl testován na rákosu a přenesen na další paludikultury, mohli výzkumníci pracovat s teplotami nižšími než 100 °C, které jsou až o 45 % nižší než jsou nejnižší hodnoty pro chemické metody rozvlákňování, a vyžadují tedy méně energie. Výsledky ukázaly, že novou metodou lze uvolnit až 83 % ligninu.
V porovnání se dřevem se rákosovitá tráva vyznačuje nízkým obsahem ligninu. Foto: Fraunhoferův institut
„Po sklizni rašelinných rostlin bylo možné získanou biomasu dále zpracovávat v průmyslovém měřítku v celulózce. Výroba buničiny by pak probíhala rozvlákněním rostlinných vláken tamtéž,“ popisuje Fabian Kayatz počáteční kroky v inovovaném procesu výroby obalů. Výtěžnost buničiny dosahovala v závislosti na kombinovaných parametrech až 53 %, což je v rámci očekávaného rozmezí u běžných chemických procesů.
Následné experimenty ukázaly, že pevnost v tahu u plochých laboratorních vzorků tvarovaných z vláken byla výrazně vyšší než hodnoty referenčního vzorku, který měl tvar krabice od vajec. Přidáním přísad, jako je škrob a třídicí činidlo, bylo možné dále zvýšit pevnost v tahu, pružnost i vodoodpudivé vlastnosti papíru. Kromě toho se ukázalo, že papíry vyrobené z paludikultur jsou vhodné pro skládání, lepení a tisk.
První na řadě bude nepotravinářský sektor
Pomocí lisování vláken a procesu hlubokého tažení se výzkumníkům podařilo vyrobit pevné papírové nádoby a tácky z rákosových vláken bez použití chemických přísad. Pro výrobu těchto demonstračních obalů vyvinuli speciální laboratorní zařízení. Pro realizaci výroby v průmyslovém měřítku je ještě nutné optimalizovat některé vlastnosti papíru vyrobeného novou metodou, například pokud jde o jeho senzorické vnímání nebo povrchovou úpravu. Zpočátku se plánuje jeho využití pro obaly pro nepotravinářský sektor, jako je kosmetika, logistika a kancelářské materiály.
Připravil: Filip Hubička
Foto: Fraunhoferův institut
