Projekt BIOKOMPOZITI pokazao je kako se iz održivih biljnih izvora mogu razviti vlakna, biokompoziti, peleti i bioplin. U vrijeme kad se sve više govori o održivoj poljoprivredi, zelenoj tranziciji i kružnom gospodarstvu, biomasa se sve jasnije nameće kao resurs koji može imati mnogo širu ulogu od one koja joj se uobičajeno pripisuje. Ne radi se samo o sirovini za energiju, nego i o osnovi za razvoj novih materijala, industrijskih proizvoda i tehnoloških rješenja.
U projektu „Dizajn naprednih biokompozita iz energetski održivih izvora – BIOKOMPOZITI“ biomasa je sagledana kao vrijedan resurs koji se može iskoristiti višestruko, planski i cjelovito. Projekt je sufinancirala Europska unija u okviru Operativnog programa Konkurentnost i kohezija iz Europskog fonda za regionalni razvoj, a u njegovoj provedbi sudjelovali su Sveučilište u Zagrebu Tekstilno-tehnološki fakultet i Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet. Već sama struktura projekta pokazuje koliko je tema široka i razvojno važna jer povezuje poljoprivredu, doradu i preradu biomase, razvoj novih materijala i obnovljive izvore energije. Upravo je takva interdisciplinarnost danas nužna ako se želi stvoriti model koji nije samo ekološki prihvatljiv nego i gospodarski održiv, a ujedno dovoljno inovativan da može odgovoriti na potrebe suvremene proizvodnje.
Kružni model
Polazište projekta bilo je jednostavno, ali vrlo važno: ono što se danas često smatra nusproizvodom ili otpadom, sutra može postati sirovina visoke vrijednosti. U tom je smislu projekt BIOKOMPOZITI usmjeren na kružni pristup proizvodnji biomaterijala i biogoriva. Takva inovativna rješenja mogu uvelike promijeniti način proizvodnje biomaterijala, njihovo skladištenje, prijenos i ponovno korištenje, a time otvoriti mogućnosti bržeg gospodarskog razvoja u sektorima poljoprivrede, tekstilne industrije i energetike. Projekt se pritom dobro uklapa u europske razvojne smjernice za obnovljive izvore energije, klimatsku otpornost i razvoj biogospodarstva. U njegovu je središtu ideja da se poljoprivredna biomasa ne promatra samo kao energent, nego kroz višestruku funkciju sirovine za vlakna, biokompozite i energiju. Upravo zato projekt BIOKOMPOZITI dobiva dodatnu vrijednost jer povezuje proizvodnju vlakana i biokompozita s energetskom uporabom ostataka biomase kroz proizvodnju bioplina i peletiranje.
Četiri biljke – širok raspon mogućnosti
U okviru projekta istraživane su četiri biljne vrste, od kojih su dvije uzgojene kulture Miscanthus x giganteus (miskantus) i Sida hermaphrodita (virdžinijski sljez), te dvije samonikle vrste Arundo donax L. (divovska trska) i Spartium junceum L. (brnistra). Raznolikost tih kultura omogućila je usporedbu njihovih svojstava i procjenu njihove šire primjene u proizvodnji biomaterijala i biogoriva. Time se nije promatrao samo potencijal jedne biljne vrste, nego se nastojalo utvrditi koja kultura i u kojem segmentu može dati najbolje rezultate, bilo kad je riječ o vlaknima, biokompozitima ili energetskoj uporabi biomase. Takav pristup daje projektu dodatnu težinu jer nudi širu sliku i otvara prostor za buduće praktične primjene u različitim proizvodnim sustavima.
Kaskadno iskorištavanje biomase
Posebna vrijednost projekta BIOKOMPOZITI jest primjena takozvanog kaskadnog principa. To znači da se biomasa ne koristi jednokratno, nego se iz nje najprije izdvajaju proizvodi veće dodane vrijednosti, u ovom slučaju celulozna vlakna, a tek se potom ostatci koriste za proizvodnju energije. Takav pristup omogućuje gotovo potpuno iskorištavanje sirovine, smanjuje količinu otpada i povećava ekonomsku isplativost cijelog procesa. U praksi to znači da biomasa ne završava u samo jednom proizvodnom toku, nego se njezina vrijednost povećava u svakoj sljedećoj fazi prerade. Upravo takav način razmišljanja sve je važniji u suvremenom gospodarstvu, u kojem se naglasak sve više stavlja na učinkovitost resursa, smanjenje otpada i razvoj proizvoda veće dodane vrijednosti.
Na Sveučilištu u Zagrebu Tekstilno-tehnološkom fakultetu izdvajana su celulozna vlakna iz biomase, dok su ostatci nakon proizvodnje biokompozita na Agronomskom fakultetu iskorišteni kao sirovina za proizvodnju bioplina i peleta. Time je jasno pokazano kako se iz jedne sirovine može razviti više proizvoda različite vrijednosti. Biomasa tako prestaje biti samo energent i postaje osnova za razvoj novih materijala te obnovljivih izvora energije. Upravo se u tome vidi stvarna snaga biogospodarstva i to u sposobnosti da od jedne polazne sirovine stvori više korisnih proizvoda, smanji gubitke, poveća ukupnu dodanu vrijednost proizvodnog procesa. Ujedno se time potvrđuje da održivost nije samo pitanje zaštite okoliša, nego i pitanje pametnog gospodarenja resursima.
Među istraživanim kulturama posebno se izdvaja Miscanthus x giganteus (miskantus), višegodišnja kultura poznata po visokom prinosu biomase i dobroj prilagodbi slabijim tlima. Zanimljiv je jer se može uzgajati na površinama koje nisu pogodne za klasičnu ratarsku proizvodnju, a istodobno daje vrijednu sirovinu za izdvajanje vlakana i energetsku uporabu. Upravo zbog toga miskantus se često ističe kao kultura budućnosti u sustavima održive proizvodnje biomase. Njegova prednost nije samo u količini proizvedene biomase, nego i u činjenici da omogućuje dodatnu gospodarsku iskoristivost na zemljištima koja bi inače ostala slabo iskorištena. U kontekstu klimatskih promjena i potrebe za prilagodbom poljoprivredne proizvodnje, takve kulture mogu imati sve važniju ulogu.
Sličan potencijal pokazao je i Sida hermaphrodita (virdžinijski sljez), kultura koja se također preporučuje za tla niže kvalitete i marginalne površine. Osim za proizvodnju biomase, ova biljka može biti i kvalitetna sirovina za izdvajanje vlakana te razvoj različitih biološki utemeljenih proizvoda. U kontekstu sve češćih rasprava o potrebi aktiviranja zapuštenih ili manje produktivnih poljoprivrednih površina, ovakve kulture otvaraju novu razvojnu mogućnost jer ne ulaze nužno u izravnu konkurenciju s proizvodnjom hrane, a ipak daju gospodarski vrijednu sirovinu. Time se otvara prostor za drukčiji pogled na korištenje zemljišta i na razvoj novih proizvodnih modela koji mogu doprinijeti jačanju ruralnog gospodarstva.
Važno mjesto u istraživanju imale su i samonikle vrste. Arundo donax L. (divovska trska) pokazao se kao vrlo zanimljiva kultura zbog velike proizvodnje biomase i mogućnosti primjene u više sektora, dok je Spartium junceum L. (brnistra) prepoznata kao sirovina čija vlakna mogu imati važnu ulogu u izradi kompozitnih materijala. Posebno je zanimljivo što se brnistra danas često zanemaruje ili promatra tek kao samonikla biljka bez veće gospodarske vrijednosti, a istraživanje je pokazalo da njezin potencijal može biti znatno veći. Upravo u tome leži dodatna vrijednost projekta, a to je pokazati da i biljne vrste koje nisu u središtu klasične poljoprivredne proizvodnje mogu postati dio suvremenih održivih lanaca vrijednosti. To je osobito važno za mediteranska i priobalna područja, gdje takve vrste mogu predstavljati lokalno dostupan i gospodarski zanimljiv resurs.
Vlakna kao temelj novih materijala
Upravo su vlakna bila jedan od najvažnijih segmenata projekta. Ispitivana su njihova osnovna svojstva, poput čvrstoće, finoće, duljine, gustoće, vlage i prinosa, kako bi se utvrdilo mogu li se koristiti za izradu biokompozitnih materijala. Dobiveni rezultati pokazali su da sve četiri istraživane biljke imaju potencijal za takvu primjenu. Kod brnistre je prinos vlakana iznosio 15 do 20%, kod divovske trske 20 do 25%, kod miskantusa 12 do 20%, a kod virdžinijskog sljeza 10 do 15%. Takvi rasponi potvrđuju da biomasa ovih kultura može biti puno više od sirovine za izgaranje, odnosno ona može postati temelj za razvoj novih materijala, posebice u granama industrije koje traže održive i funkcionalne zamjene za sintetske sirovine. U tome se krije i jedan od najvećih razvojnih potencijala projekta, a to je mogućnost da se iz domaćih i dostupnih biljnih izvora stvaraju materijali za suvremenu industrijsku primjenu.
Biokompoziti razvijeni na osnovi biljnih vlakana posebno su zanimljivi jer predstavljaju održivu alternativu sintetskim materijalima i sirovinama fosilnog podrijetla. U industrijama koje sve više traže lagane, funkcionalne i ekološki prihvatljive materijale, prirodna vlakna dobivaju sve veću važnost. Zbog toga istraživanja poput ovoga imaju širi značaj od samog laboratorijskog rada jer stvaraju osnovu za novu generaciju proizvoda koji mogu naći primjenu u različitim granama gospodarstva, uključujući tekstilnu, prerađivačku, automobilsku pa i druge industrije. Takvi materijali, osim što smanjuju ovisnost o fosilnim sirovinama, mogu pridonijeti i razvoju domaćih inovativnih proizvodnih linija temeljenih na obnovljivim resursima. Dugoročno gledano, to znači i mogućnost jačanja konkurentnosti domaće industrije kroz proizvode koji prate suvremene okolišne i tržišne zahtjeve. Projekt nije ostao samo na teorijskoj razini. Provedene su brojne aktivnosti, od odabira i prikupljanja biomase, preko ispitivanja njezine kvalitete, do izdvajanja vlakana, izrade kompozitnih materijala i razvoja novih tehnoloških rješenja za proizvodnju bioplina i peleta.
Posebno je važno što su rokovi uzorkovanja i žetve bili pažljivo planirani. Kod energetskih kultura predviđeno je više rokova žetve tijekom jeseni, zime i proljeća, jer se pomicanjem roka žetve tijekom mirovanja vegetacije događaju prirodno sušenje i promjene u kemijskom sastavu biomase. Time se nastojalo utvrditi kada biomasa daje najbolje rezultate za pojedinu namjenu. Kod samoniklih kultura istraživanja su također bila prilagođena njihovim specifičnostima.
Divovska trska prikupljana je na otoku Pagu, u općini Kolan, kroz više rokova uzorkovanja tijekom 2020. i 2021. godine, dok je brnistra prikupljana u okolici Šibenika. Sama činjenica da se istraživanje temeljilo i na samoniklim vrstama pokazuje da Hrvatska raspolaže prirodnim resursima koji mogu imati vrlo konkretnu gospodarsku vrijednost. To je važno i s aspekta regionalnog razvoja jer otvara mogućnost da se lokalno dostupni resursi uključe u nove proizvodne i energetske modele. Ujedno se time pokazuje da održivi razvoj ne mora nužno počivati samo na intenzivnoj proizvodnji, nego i na pametnom vrednovanju prirodnih potencijala koji već postoje u prostoru.
Energetska uporaba: bioplin i peleti
Jednako važan segment projekta bila je i energetska uporaba ostataka biomase. Umjesto da ostatci nakon izdvajanja vlakana budu odbačeni, uključeni su u daljnju preradu za proizvodnju bioplina i peleta. Posebno je važno istaknuti upravo peletiranje biomase, jer ono pokazuje da se nusproizvodi prerade mogu pretvoriti u tržišno prepoznatljiv energent jednostavan za skladištenje, transport i uporabu. Time je potvrđeno da se ista sirovina može koristiti višestruko i da se cjelovitost procesa može postići bez stvaranja značajnog otpada.
Vrijednost projekta vidi se i u njegovu inovacijskom potencijalu. U sklopu aktivnosti vezanih uz transfer znanja i tehnologije, podnesene su četiri patentne prijave, izrada studije zaštite intelektualnog vlasništva te sklapanje sporazuma s ciljem transfera tehnologije. To pokazuje da projekt nije ostao zatvoren unutar istraživačkih institucija, nego da su rezultati usmjereni prema mogućoj primjeni u gospodarstvu i budućem razvoju konkretnih proizvoda i postupaka. Upravo je taj prijelaz iz znanstvenog rada prema primjeni u praksi jedan od najvažnijih pokazatelja uspješnosti ovakvih projekata. On ujedno potvrđuje da domaća znanost može stvarati rješenja koja imaju potencijal za stvarnu primjenu i tržišnu vrijednost. Jedan od važnih rezultata projekta je i sveučilišni priručnik „Održivi razvoj biokompozita i biogoriva iz obnovljivih izvora energije“, sastavljen od devet poglavlja.
Glavna autorica i urednica priručnika je prof. dr. sc. Sandra Bischof, a autori poglavlja su suradnici na projektu sa Sveučilišta u Zagrebu Tekstilno-tehnološkog i Agronomskog fakulteta. Priručnik je namijenjen ponajprije studentima, ali i široj stručnoj javnosti, kao potpora u usvajanju znanja iz područja zelenih i održivih sirovina, proizvodnje vlakana, tehničkih tekstilija, biokompozita i biogoriva te održivog biogospodarstva. Projekt BIOKOMPOZITI donio je i značajne znanstvene rezultate jer je objavljen veći broj radova u zbornicima i časopisima, uključujući radove indeksirane u bazama podataka te više sažetaka konferencijskih priopćenja. Zbog različitih kategorija publikacija najtočnije je govoriti o nizu znanstvenih i stručnih objava proizašlih iz projekta, umjesto o jednoj jedinstvenoj brojci. Posebnu vidljivost projekt je ostvario i kroz nagrade za inovacije.
Patent Biocomposites of Antimicrobial Properties Based on Renewable Polymers and Lignocellulosic Fibers prijavljen je na dva međunarodna natjecanja, na kojima je osvojio dvije zlatne medalje i posebna priznanja. Na natjecanju INOVA – Budi uzor 2024, ova je inovacija osvojila Zlatnu medalju INOVA, Posebnu nagradu za najbolju inovaciju za razvitak kružnog gospodarstva i 1. nagradu INOVA GRAND PRIX – Godišnja nagrada Nikola Tesla.
Utjecaj na gospodarstvo i ruralni razvoj
BIOKOMPOZITI nisu važni samo zbog dobivenih rezultata, nego i zbog šireg učinka koji projekt može imati na gospodarstvo. Povezivanje agronomije, tekstilne tehnologije i energetike omogućilo je da se biomasa sagleda iz više kutova, kao poljoprivredni resurs, industrijska sirovina i energetski potencijal. Upravo je ta interdisciplinarnost jedna od najvećih snaga projekta. Ona pokazuje da suvremena rješenja ne nastaju unutar jednog sektora, nego suradnjom različitih struka koje zajednički traže održive i primjenjive odgovore na gospodarske i okolišne izazove. U tome je i šira vrijednost projekta jer ne nudi samo rezultate, nego i model suradnje koji može biti poticajan za buduće razvojne inicijative. Osim tehnoloških rješenja, projekt šalje i važnu poruku za domaću poljoprivredu. Kulture koje se mogu uzgajati na tlima slabije kvalitete ili na marginalnim površinama mogu postati vrijedan gospodarski resurs.
Time se otvaraju mogućnosti za drukčije korištenje zapuštenih ili manje produktivnih poljoprivrednih površina, ali i za razvoj novih proizvodnih niša koje nisu u izravnoj konkurenciji s proizvodnjom hrane. U tom smislu biomasa dobiva novu dimenziju — ne samo kao energetski resurs, nego i kao razvojna prilika za ruralni prostor, za diversifikaciju poljoprivredne proizvodnje i za jačanje prerađivačke industrije. Takav pristup može imati dugoročnu važnost i za jačanje otpornosti domaćeg gospodarstva. Razvoj proizvoda temeljenih na lokalno dostupnoj biomasi znači i veći stupanj samodostatnosti, manju ovisnost o uvoznim sirovinama te mogućnost stvaranja novih tržišta i novih oblika suradnje između poljoprivrednika, istraživačkih institucija i industrije. Posebno je važno što projekt pokazuje da održivost i gospodarska isplativost ne moraju biti suprotstavljeni ciljevi, nego se mogu razvijati istodobno i međusobno nadopunjavati. Upravo u takvim projektima vidi se smjer prema kojem bi se hrvatska poljoprivreda i industrija mogle razvijati u budućnosti.
Model za budućnost
Projekt BIOKOMPOZITI zato je važan primjer kako održivost, inovacije i gospodarska korist mogu djelovati zajedno. Iz biomase su dobivena vlakna, razvijeni su biokompoziti, a ostatci su iskorišteni za proizvodnju energije, uključujući bioplin i pelete. Takav cjelovit pristup pokazuje da se i u hrvatskim uvjetima mogu razvijati rješenja koja odgovaraju suvremenim zahtjevima kružnog gospodarstva i zelene tranzicije. Umjesto da biomasa bude promatrana kao jednostavan ostatak proizvodnje, ona se ovdje potvrđuje kao sirovina budućnosti za materijale, energiju i nove razvojne mogućnosti.
Naslovna foto: Shutterstock
Foto: Privatna arhiva projekta Biokompoziti
