Этим постом я продолжаю цикл (одна, вторая) статей, посвящённых технологиям переработки отходов. На очереди отходы пищевых производств, которые могут быть использованы в создании различных новых материалов. Сегодня расскажу об интересной технологии производства древесно-стружечной плиты (ДСП) с использованием биоклея на основе мелассы и молочной сыворотки. В основе метода, разработанного в Томске, лежит процесс наработки клеевой основы специализированным штаммом микроорганизмов, а сама биотехнология получения клеевой основы позволяет создать ДСП без использования токсичной формальдегидной смолы. При этом цена биоклея вполне конкурентная, а экологическое ДСП можно получать практически не меняя привычную технологию производства — ведь новый материал прошел самые жесткие и серьёзные технические испытания. Химия и жизнь...
Уверен, среди читателей много специалистов так или иначе связанных с химией и химическим производством. Действительно, современные достижения в области создания новых материалов и уникальных соединений впечатляет. Однако, помимо бурного развития стандартных химических технологий, сейчас активно развивается направление «зеленой» химии. Особенно в связке с достижениями в области биотехнологий. На арену выходят новые материалы, производство и использование которых минимально влияет на экологию. Экологию в широком смысле — от идеи и производства — к использованию и последующей утилизации. Но на этом фоне существуют множество технологий, которые замерли в своем развитии. К таковым я отношу многообразие материалов и веществ, в которых используются фенол-содержащие соединения и смолы. Если для специализированных промышленных материалов (полимеры, лаки, клеи, текстолит, гетинакс и т.д.) без них пока не обойтись, то некоторые материалы для бытовых применений уже сейчас можно делать не применяя таких опасных токсичных соединений. В первую очередь, в производстве мебели — ведь большинство бюджетных шкафов, столов, офисной мебели сделаны именно из ДСП. Даже в Государственной думе не так давно разгорелся скандал, из-за того, что в кабинетах парламентеров концентрации паров формальдегидной смолы превышают ПДК в несколько раз.
Здесь небольшое (45 сек) видео
Что уж говорить о школах, садиках и других бюджетных учреждениях, где мебель поставляется по самым низким ценам, поэтому её качество и экологичность оставляет желать лучшего. Думаю, многие из вас сейчас читают эту статью за столом, в котором продолжается эмиссия формальдегида — ведь этот процесс идет примерно 4 года до момента, когда концентрации формальдегида станет близкой к ПДК. Это происходит из-за того, что при производстве ДСП не удается полностью связать смолу при прессовании и не отверждённая фенолформальдегидная смола может содержать до 11 % свободного фенола. И это очень опасная тенденция. Ведь формальдегидные смолы признаны сильнейшими канцерогенами, вызывающие аллергии, нарушения обмена веществ, а самым грозным последствием для человека может быть развитие рака. Эту опасность понимают западные производители, поэтому при производстве ДСП обязательным является покрытие защитными пленками (на рис. слева) непосредственно на производстве, но это значительно удорожает конечный продукт. Большинство российских производителей этого, к сожалению, не делают.
Хотя (по большому счёту) это тоже не спасает ситуацию. Упакованная таким образом смола всё одно остается в плите и представляет опасность может быть куда больше.
Как делают ДСП?
Поговорим немного о производстве ДСП. По сути технология достаточно простая и хорошо отработанная во многих странах. Сырьё (дерево, отходы переработки деловой древесины) измельчают в труху, подсушивают, смешивают с формальдегидной смолой и воском. Затем формируется плита и она подвергается предварительному прессованию при определенной температуре в течение некоторого времени. Технологические режимы прессования зависят от толщины плиты, качества исходного сырья и концентрации смолы.
Если смолы мало — прессование идет значительно хуже и дольше. Это приводит к значительным энергетическим затратам и износу оборудования. Поэтому смолы подчас не жалеют. Предварительно сформированные плиты подвергают окончательному прессованию на финишном мощном прессе. Готовую плиту разрезают в размер и отправляют на проветриваемый склад для выветривания в течение нескольких дней. Отгружать свежую плиту запрещено. Она крайне вонюча и опасна. Производство ДСП не экологично. Говорить о хорошем здоровье рабочих на таких производствах тоже не приходиться. Хотя есть симпатичное видео процесса производства ДСП в США, снятое очень красиво, в котором аккуратно упущены важные моменты и не увидишь ни одного рабочего в цехе окончательной формовки плиты. Все автоматизировано! Что, в принципе, самое правильное для таких производств.
Альтернативы и перспективы
Как вы уже понимаете, производство ДСП не так уж сложно. Если представить ситуацию, что формальдегидная клеевая основа будет заменена другой, то не меняя технологического цикла можно сделать плиту абсолютно экологически безопасной. Однако, требования к замененной клеевой композиции должны четко соответствовать всем технологическим требованиям как и в случае с формальдегидной смолой. То есть клей должен быть таким же (максимально близким) по разным характеристикам — консистенция, клеевая способность, плотность, вязкость, pH и т.д. Ну и самое главное — быть конкурентным по цене. Создать такое вещество удалось специалистам-биотехнологам из Томска. Вещество было получено в результате микробиологических исследований специальных штаммов микроорганизмов, которые были впоследствии изучены и описаны. После проведения исследований на безопасность и отсутствие патогенности — штамм был депонирован во Всероссийскую Коллекцию промышленных микроорганизмов (ФГУП ГосНИИ Генетика).
Свидетельство о депонировании
Примерная суть технологии заключается в следующем. В специальный реактор при температуре 22 гр. С загружается отходы пищевого производства сахара — меласса и подсырная молочная сыворотка. Меласса является основой клея, сыворотка — источник микроэлементов для репродукции микроорганизмов. Добавляется штамм микроорганизмов и в течение 2 суток биомасса бактерий нарабатывает клеевое вещество — дестран. Это сложный полисахарид с огромной молекулярной массой молекулы.
После завершения лабораторной стадии НИР (при поддержке, кстати, мною очень уважаемого Фонда Бортника) была начата стадия создания полупромышленного реактора для производства биоклея, которая была успешно закончена созданием пробной партии биоклея для промышленного испытания на одном из заводов по производству ДСП. На рисунке показана схема получения биоклея.
Испытания клея на промышленном предприятии прошли успешно. Были получены образцы плиты ДСП и проведены испытания нового материала в соответствие с ГОСТ РФ 10632-2007. Новые плиты соответствуют ГОСТ, а по некоторым параметрам даже превосходят его. Некоторые отличия все же были. В частности, плиты получались несколько темнее, чем обычно. На производстве в момент прессования плит начал распространяться запах свежей выпечки, как в пекарне. А рабочие сразу стали говорить о том, что опять приехали ученые и будут выпекать пирожки. Роспотребнадзор проверил качество воздуха и не выявил опасностей, при этом концентрации паров формальдегида в цеху упало в 80 раз по сравнению со стандартным производством. Также готовые плиты не подвергаются микробиологическому осеменению, так как не гидроскопичны и сохраняют низкую влажность на всём сроке эксплуатации человеком.
Результаты испытаний плит и технологических сливов производства
Важным в этой технологии является и утилизация пищевых отходов. В частности, молочная сыворотка является настоящим бичом молочного производства. Не смотря на то, что в этом продукте растворены многие очень полезные и ценные вещества, к примеру, альбумины, но переработка сыворотки крайне сложный процесс. Поэтому многие молочные заводы сливают сыворотку в канализацию, платя при этом приличные экологические штрафы. Слив сыворотки опасен и может вызывать серьёзные биологические загрязнения. Производство биоклея для ДСП позволило бы снизить экологическую нагрузку молочных производств, тем самым повысив культуру производства и экологическую обстановку. Биоклей, полученный в Томске, может также применен для производства древесных пеллет, тканей, различных удобрений. Что касается плиты ДСП, то она сохраняет свою экологичность весь срок её эксплуатации, а её утилизация не представляет проблем. При попадании в землю плита разрушается почвенными микроорганизмами в течение нескольких месяцев, превращаясь в удобрение. В свою очередь формальдегидная плита для микроорганизмов токсична, поэтому её утилизация ими затруднена.
Перспективы технологии
На данный момент проект находится на стадии готовности к промышленному внедрению. До недавних политических событий серьезный интерес к этой технологии проявляли иностранные компании, которые работают на рынке производства экологически чистых материалов. Но эти контакты были резко прекращены. Перспективы же развития этой технологии в России оценить сейчас сложно, но авторы технологии надеются на то, что могут найтись серьезные инвесторы, которые не дадут очередной интересной российской технологии лечь на полку. Так или иначе, я как популяризатор науки и технологий не могу оставаться равнодушным. Готов ответить на Ваши вопросы и комментарии, а если возникнут вопросы на которые я не смогу ответить, то передам их лично команде, реализующей этот интересный проект. Прямые ссылки не даю, так как Правила сайта не позволяют этого. Пишите в личку или на asmtomsk@gmail.com Отвечу всем!
Небольшое видео в заключение
Всем хорошего дня и интересных технологий!
