Projekti / Programi
Razvoj naravnih nano-učinkovitih adsorbentov in filtrirnih membran za čiščenje pralnih kopeli in njihovo naknadno (in-situ) ponovno uporabo med gospodinjskim procesom tekstilnega pranja
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.14.00 |
Tehnika |
Tekstilstvo in usnjarstvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Naravni nanomateriali, adsorbenti, membranski filtri, ponovna uporaba vode, tekstilije, domače strojno pranje.
Raziskovalci (13)
Organizacije (3)
Povzetek
Gospodinjsko strojno pranje tekstilij je kompleksen proces, kjer je za dosego pralnih in razkuževalnih učinkov potreben dokaj velik vložek električne energije (0.97 kWh/washing) in vode (8.4 mill L; 60L water/washing). Hkrati nastajajo tudi velike količine odpadne pralne vode (5 mill L), ki bi jih očiščene bilo možno ponovno uporabiti s čimer bi pripomogli doseči zastavljene okoljske cilje (povečanje energetske učinkovitosti za 20%, znižanje emisij TGP za 20 %) v skladu z EU direktivo za Vode, Energijo in Odpadke do 2020. Medtem, ko je razbarvanje odpadnih voda z uporabo različnih naravnih ali sintetičnih koagulantov, adsorbentov, ionskih izmenjevalcev in/ali naprednih oksidacijskih postopkov časovno in prostorsko vprašljivo, je čiščenje pralnih voda z naravnimi koagulanti obetajoč vendar pa časovno-prepočasen proces. Preprečitev re-depozicije nečistoč (predvsem barvil/pigmentov) med pranjem je še zmeraj raziskovalno omejeno in osredotočeno predvsem na inhibitorje migracije barvil, sintetične polimere, in učinkovito-omejene lovilce barvil v obliki trakov. Zraven tega, uporaba tekočih detergentov brez belil in nizko-temperaturnega (30-40°C) pranja, otežuje odstranjevanje bioloških organizmov (predvsem visoko-odpornih virusov) kar povzroča sekundarne mikrobiološke učinke (neprijetne vonj, nevarnost infekcij).
NAMEN tega projekta je tako razviti prototipe (doseganje TRL 6) popolnoma naravnih, nizkocenovno- in ekološko-prijaznih (kompostnih/odpadnih): i) filmskih adsorbentov, delujočih kot goba, sposobna ujetja in absorpcije izgubljenih barvil in pigmentov in nano-velikih virusov na osnovi ionsko-izmenjevalnih (fizikalno-kemijskih) principov; s tem bi preprečili njihovo migracijo iz ene na druge tekstilije med procesom pranja, kot tudi ohranili originalne barve tekstilij; in ii) set filtracijskih membran, delujočih sinergistično in v zaporednem načinu kot visoko adsorpcijsko-selektivnih filtrov sposobnih odstraniti različne vrste nečistoč (polisaharide, proteine, maščobe, mikro-bakterije) delujočih po principu ionsko-izmenjujočih in velikostno-izključitvenih principov, ter tako sposobnih čiščenja izpiralnih kopeli in njihove ponovne uporabe in-situ v novem pralnem ciklu. To bomo dosegli z uporabo ionsko visoko selektivnih/adsorptivnih in mehansko stabilnih celuloznih nano-fibrilov (EU FP7 NanoSelect, TRL 4)) v kombinaciji z visoko kristalinimi in mezo-do-makro nano-porouznimi organofilnimi minerali (zeoliti), oziroma njihovo vključitvijo (TRL 2-3) v nano-do-mikro porozno in visoko hidrofilno matriko iz obnovljivih biopolimerov, ter s tem nadalje zagotovili zraven specifične ionsko-izmenjevalne tuid velikostno-izključitven permeabilnost.
Uspešno izvedljivost projekta zagotavljamo z uravnoteženimi izkušnjami, specifičnim in multidisciplinarnim ter komplementarnim ekspertnim znanjem vključenih treh Slovenskih partnerjev: UM z razvojem in demo-izdelavo naravnih adsorbentov in filtrirnih membran ter ovrednotenjem njihove učinkovitosti na lab-nivoju z različno sestavo nečistoč, uporabljenih pralnih pogojev in postopkov; so-financerjem projekta GORENJE d.o.o. z ovrednotenjem prototipnih izdelkov v realnem okolju in na pilotnem-nivoju ter različnih pralnih ciklov; in BIA Separations d.o.o. z ovrednotenjem poroznosti in selektivnosti adsorbentov/membran, njihovih mehanskih in pretočnih lastnosti ter testiranjem na adsorpcijo/ujetje specifičnih biomolekul.
Razvoj tehnološko visoko-vrednih produktov bo pričakovano doprinese k visoki aplikativni vrednosti GORENJU d.o.o. in s tem direktno socialno-ekonomsko korist s prispevanjem v ekonomski rasti in konkurenčnosti. Generirana znanja se bodo kot je pričakovati nadalje izrabila v razvoju procesov za izoliranje/čiščenje večjih biomolekul, kar sodi v relativno nov sklop tehnologij in je zato v velikem interesu BIA Separations d.o.o., vodilnem izdelovalcu monolitskih kromatografskih kolon.
Pomen za razvoj znanosti
Nedvomno veliko dobro definiranih in strukturiranih eksperimentov jasno kaže na bazičen in nov znanstveni prispevek z visoko dodano vrednostjo s strani vsakega RTD izvajalca, kar je potrebno za razumevanje bazičnih strukturnih, fizikalno-kemijskih in hidro-dinamskih lastnosti filmskih adsorbentov in filtrirnih membran, njihove korelacije pri različnih pogojih uporabe ter nadaljnjega optimiranja za učinkovito in jasno-usmerjeno končno uporabo.
Doprinos k novim inženirskim znanjem na področju združevanje in porazdelitev nano-materials v različnih polimernih matrikah različne poroznosti ali celo njihovega formiranja v več-plastne filtrirne membrane z uporabo obstoječih, cenovno-sprejemljivih in tehnološko izvedljivih za veliko proizvodnjo, bo nedvomno prispeval tudi k možnosti nadaljnje uporabe v drugih tehnoloških sektorjih, predvsem prehrambni ind. (pri filtraciji pijač za odstranitev bakterij in ostalih nezaželenih mikro-suspenzij/agregatov), biotehnologiji (procesih čiščenja in separacije), biomedicini (izdelavi poroznih nosilcih za regeneracijo tkiv in oddajo zdravil) in farmaciji (za selektivno frakcioniranje ali separacijo biomolekul kot so konjugirani proteini ali celice). Čeprav je velika proizvodnja takšnih izdelkov velik izziv, ki zahteva opredelitev številnih problemov, bomo vsekakor pomembno doprinesli tudi v tehnološkem prispevku z vidika izdelave filmskih adsorbentov in filtrirnih membrane ter s tem pričakovano ciljano prispevali ne samo k Evropskemu temveč tudi k svetovnemu družbenemu znanju. Pričakovano bodo tako vsi partnerji, predvsem pa UM, razširile svoje kompetence pri zagotavljanju potreb industrije k novim aplikacijam, ki bodo rezultirale k višjim standardom in promociji ne samo v okviru nacionalne akademske in tehnološke skupnosti, temveč tudi mednarodno z vidika oddaje patentnih vlog in publiciranjem v znanstvenih revijah.
V tem okviru bo projekt pričakovano imel veliko tržno vrednost s potencialom za dodatno rast vseh projektnih partnerjev, kar bi doprineslo k dolgoročni ekonomski rasti in zaposlovanju vezano na širšo potrošnjo in nove distribucijske kanale vsakega od njih. Upoštevajoč tudi doseganje TRL stopenj v tem projektu, le te prav tako sovpadajo z nameni EU po investiranju v podjetja in inovacije, ter posledično povečanja Evropske konkurenčnosti na globalnem trgu s prenosom in preveritvijo (validacijo) znanstvenih rezultatov in tehnološkega znanja k industrijskim partnerjem in v nove komercialne izdelke.
Pomen za razvoj Slovenije
GORENJE d.d. se uvršča med največje slovenske neto izvoznike (90%) z 3.7 milijona letne prodaje velikih gospodinjskih aparatov v več kot 70 državah sveta. Spada med osem največjih proizvajalcev gospodinjskih aparatov v Evropi s 3% tržnim deležem. / Napoved Euromonitorja kaže na rast evropskega trga pralno sušilnih strojev za 6.5% v prihodnjem 5-letnem obdobju. Najvišja rast je ocenjena na trgih vzhodne Evrope, do 36%, ter manjša na trgih Zahodne Evrope, do 8%. Gorenje ocenjuje, da bi obstoječ delež na trgu EU dosegli tudi s dodatno 30.000 prodajo nove generacije pralnih strojev s čimer bi letno ustvarili prihodke v višini okoli 10 milj €. / Izvedba projekta je za Gorenje pomembna tudi z vidika zagotavljanja delovnih mest in z vidika prisotnosti in konkurenčnosti na globalnem in EU trgu. Z izvedbo projekta bodo nastala nova znanja, razvite ter osvojene bodo nove tehnologije pranja ter izboljšana učinkovitost procesa pri novih in obstoječih aparatih. Trgu bodo ponujeni energetsko in ekološko učinkovitejši aparate z višjo dodano vrednostjo. / Med ostale pomembne učinke za podjetje sodita izboljšana prepoznavnost podjetja pri kupcih, izboljšano zavedanje delavcev matične tovarne pri izbiri mesta proizvodnje in poenostavitev procesa servisiranja aparatov.
Znanje in rezultati, pridobljeni znotraj projekta, bodo prav tako pomagali podjetju BIA Separations pri razvoju in optimiranju tehnoloških procesov za izdelavo naprednih 3D-strukturiranih kromatografskih kolon s specifično topografijo, morfologijo, biokompatibilnostjo in/ali razgradnjo, ki bodo lahko uporabni tudi za biomedicinske, farmacevtske ali tehnične aplikacije. BIA je vodilni proizvajalec kromatografskih monolitov za analitiko in čiščenje velikih biomolekul (virusov, DNA, večjih proteinov), pod njihovo lastno zaščiteno znamko CIM®. Hiter napredek celične biologije, imunologije in molekularne biologije odpira novo nišo na biotehnološkem trgu, t.j. ločbo celic, kar zahteva razvoj novega koncepta ločljivosti.
Ne-nazadnje UM načrtuje pilotno izvedbo tehnologije za proizvodnjo poroznih materialov in njihovo komercializacijo (ali nadaljnjo licenciranje komercialnemu podjetju) preko novo ustanovljenega spin-off podjetja (ali alternativno kot skupnega spin-off podjetja v lasti konzorcija tega projekta). Razen izdelave novih generacij poroznih filtrirnih membrane, bodo pridobljena znanja z vidika tehnološkega procesiranja (t.j. izdelave ciljano-poroznih materialov) razpoložljiva tudi pri ostalih aplikacijah kot so kromatografske kolone, biomedicinski nosilci, itd. Dolgoročni cilj je prenesti vsaj en razviti material do stopnje komercializacije, kar pomeni, da UM od tega projekta pričakuje oddajo vsaj enega (patentiranega) produkta, in za le tega pripravo poslovnega načrta z definiranim mrežnim & družabnim odnosom z obema vključenima industrijskima partnerjema.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
