Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Selektivna ekstrakcija molekul z visoko vrednostjo za sektor specialnih kemikalij iz ostankov predelave lesa

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.01.02  Biotehnika  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Lesarstvo 

Koda Veda Področje
T460  Tehnološke vede  Lesna, kašna in papirna tehnologija 

Koda Veda Področje
2.05  Tehniške in tehnološke vede  Materiali 
Ključne besede
Biorafinerija, polifenoli, procesna voda pri odstranjevanju lubja, ostanki predelave lesa, magnetne kroglice, monolitna kolona, ločevanje, zdravje
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (24)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  35460  dr. Anže Abram  Materiali  Raziskovalec  2019 - 2022  104 
2.  55064  Lara Bolčina  Farmacija  Raziskovalec  2020 - 2022  12 
3.  23598  dr. Tomaž Bratkovič  Farmacija  Raziskovalec  2019 - 2022  236 
4.  51616  dr. Balazs David  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2019 - 2022  68 
5.  51617  dr. Laszlo Hajdu  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2019 - 2022  40 
6.  54846  dr. Niki Hrovatin  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2022  20 
7.  33403  dr. Petra Jenuš  Materiali  Raziskovalec  2019 - 2022  156 
8.  31282  dr. Marko Kete  Materiali  Raziskovalec  2019 - 2022  81 
9.  26495  dr. Nina Kočevar Glavač  Farmacija  Raziskovalec  2019 - 2022  238 
10.  15460  dr. Samo Kreft  Farmacija  Raziskovalec  2019 - 2022  779 
11.  31274  dr. Andreja Kutnar  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Vodja  2019 - 2022  398 
12.  25096  dr. Mojca Lunder  Farmacija  Raziskovalec  2019 - 2022  255 
13.  30883  dr. Ana Miklavčič Višnjevec  Kemija  Raziskovalec  2019 - 2022  112 
14.  34448  dr. Kelly Peeters  Varstvo okolja  Raziskovalec  2019 - 2022  53 
15.  33152  Tjaša Prevc  Biotehnologija  Raziskovalec  2021 - 2022  18 
16.  29603  dr. Matjaž Ravnikar  Farmacija  Raziskovalec  2019 - 2022  70 
17.  50366  dr. Anna Malgorzata Sandak  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Raziskovalec  2019 - 2021  256 
18.  50461  dr. Jakub Michal Sandak  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Raziskovalec  2019 - 2022  256 
19.  52406  dr. Erwin Andreas M Schau  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Raziskovalec  2019 - 2021  37 
20.  38064  dr. Matthew John Schwarzkopf  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Raziskovalec  2019 - 2022  100 
21.  52517  mag. Vesna Starman  Vzgoja in izobraževanje  Raziskovalec  2020 - 2022  22 
22.  28484  dr. Dejan Suban  Živalska produkcija in predelava  Raziskovalec  2019 - 2020  17 
23.  07849  dr. Borut Štrukelj  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2019 - 2022  1.125 
24.  19043  dr. Maja Zupančič Justin  Varstvo okolja  Raziskovalec  2019 - 2022  359 
Organizacije (5)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  3770  InnoRenew CoE Center odličnosti za raziskave in inovacije na področju obnovljivih materialov in zdravega bivanjskega okolja  Izola  7233817000  2.792 
2.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  91.005 
3.  0787  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo  Ljubljana  1626973  17.220 
4.  1669  Univerza na Primorskem, Inštitut Andrej Marušič  Koper  1810014007  10.781 
5.  3269  ARHEL projektiranje in inženiring d.o.o.  Ljubljana  1763881  472 
Povzetek
Gozdno lesi sektor, zlasti industrija celuloze in papirja, pri primarni predelavi lesa proizvaja velike količine lubja. Samo v letu 2017 je evropska industrija celuloze in papirja porabila skoraj 149 milijonov kubičnih metrov lesa. Lubje zmanjšuje kakovost lesnih izdelkov in se zato odstranjuje ter v glavnem uporablja za proizvodnjo energije z izgorevanjem. V industriji celuloze in papirja se za odstranjevanje lubja uporablja postopek mokrega lupljenja, katerega stranski proizvod je okolju in zdravju škodljiva voda. Pri predelavi vsakega kubičnega metra lesa se za odstranjevanje lubja porabi do 2 m3 vode. 20-40% suhe mase odstranjenega lubja so lipofilni in hidrofilni ekstrakti, ki jih je zaradi njihove toksičnosti potrebno obdelati v dragem postopku. Toda ti industrijski ostanki vsebujejo bioaktivne spojine s široko paleto potencialnih aplikacij visoke vrednosti v sektorjih človekovega zdravja in funkcionalnih živil. Med temi spojinami so v velikih količinah prisotni polifenoli, ki so tržno zelo zanumivi. Pri mnogih polifenolih je potrjena antioksidativna aktivnost, sposobnost uničevanja prostih radikalov. Polifenoli se uporabljajo v raziskovalnih programih za preprečevanje koronarne bolezni srca, raka in napredka HIV. Te biokemikalije so tudi potencialni vir številnih inovacij v proizvodih in so lahko alternativa kemikalijam na osnovi nafte. Iskanje metod za odstranjevanje velikih količin teh ekstraktov ima velik pomen za okolje, ob tem pa predstavlja gospodarsko priložnost. V tem projektu bomo razvili metodologijo za dostop do teh polifenolov z visoko vrednostjo iz mokrih in suhih procesov odstranjevanja lubja in s tem dodali vrednost toksičnim odpadnim materialom. Projekt je temeljna raziskava, z možnostjo aplikacij na industrijski in tržni ravni. Razvili bomo trajnosten in ponovljiv postopek z uporabo funkcionaliziranih magnetnih delcev za zbiranje polifenolov iz ostankov, ki mu bo sledilo njihovo ločevanje na monolitnih nosilcih. Da bi bolje razumeli vpliv ključnih parametrov obdelave na učinkovitost in natančnost ekstrakcije polifenolov pri ciljanju na specifične tipe, bomo z ekstrakcijo polifenolov pod različnimi pogoji izdelali primerjalno študijo in modeliranje (kemometrija v kombinaciji s sočasno spektroskopsko analizo (in-line spectroscopic analysis). Z analizo življenjskega cikla (LCA) in izračunom stroškov življenjskega cikla (LCC) bomo ocenili okoljsko in ekonomsko upravičenost razvitega postopka, da bi ugotovili, ali je smiselno pridobivati polifenole iz mokrih ali suhih ostankov odstranjevanja lubja v primerjavi s konvencionalno metodo obdelave onesnažene vode in sežiganjem suhih materialov. Rezultati tega projekta so lahko zelo koristni za slovenske in evropske (z upravljanjem pravic intelektualne lastnine) industrije gozdno lesnega sektorja, ki uporabljajo mokre in suhe procese odstranjevanja lubja in z njimi povezane ostanke.
Pomen za razvoj znanosti
Pričakujemo, da bomo v projektu ustvarili napredek, ki presega najsodobnejše ugotovitve na različnih znanstvenih področjih: Nove baze podatkov V DS3 bomo ustvarili baze podatkov (kot znanstveni napredek sam po sebi) z izboljšanimi informacijami o spojinah, ekstrahiranih iz procesne vode pri odstranjevanju lubja, njihovimi značilnostmi in možnimi načini uporabe. Baza podatkov bo služila kot referenca in izhodišče za nadaljnje raziskovanje v organski kemiji, znanosti o okolju, farmaciji, prehranski znanosti in medicini. V kombinaciji z bazami zbranimi v DS2 o tržnem potencialu polifenolov bo to močno orodje za raziskave ekonomičnosti naravnih kemikalij iz obnovljivih virov. Temeljni projekt, ki temelji na evropskih načelih odprte znanosti, si bo prizadeval, da svoje rezultate deli javno, v revijah z odprtim dostopom in v čim večjem obsegu na mednarodnih platformah za izmenjave znanja (razen če bodo kateri rezultati prepoznani kot komercialno perspektivni že v bližnji prihodnosti). Napredno znanje iz modeliranja podatkov Novo znanje in podatki, pridobljeni z multivariatno analizo podatkov (MDA) in kemometrijo, bodo inženirjem omogočili nadaljnji razvoj in avtomatizacijo tehnologij za pripravo in ločevanje (poli)fenolnih spojin iz različnih virov. Poleg tega bodo odprli vrata temeljnim ekološkim in fiziološkim raziskavam rastlin (razmerje med količino in kakovostjo fenolnih vrst v industrijskih ostankih in ekološkimi parametri rasti rastlinskih materialov, ki so bili vir določene serije biomase). S temi raziskavami je mogoče ugotoviti povezanost med vplivom ekoloških parametrov in fiziologijo rastlin (sekundarnega metabolizma, v katerem nastajajo fenolne snovi). Napredek v tehnologiji magnetnih kroglic in separacije Raziskave na področju odstranjevanja s pomočjo magnetnih kroglic in tehnik ločevanja ter čiščenja omogočajo vpogled v naravo in dinamiko interakcij (poli)fenolnih snovi z drugimi materiali (v tem primeru s funkcionaliziranimi magnetnimi kroglicami na osnovi kovine in monolitnimi kolonami na osnovi metakrilata). S tem se odpira nešteto možnosti za nadaljnje raziskave na različnih področjih znanosti o materialih (npr. reologija lepil na osnovi fenolov in procesi utrjevanja/lepljenja, raziskave bio plastike, temeljni procesi v organski sintezi). Pridobili bomo novo znanje o naravi, učinkovitosti in dinamiki polifenolnih interakcij, ki vodi k novim temeljnim odkritjem v kemiji. To bi lahko peljalo k raziskavam novih premazov na biološki osnovi (na osnovi fenolov) in drugih materialov iz industrijskih ostankov. Pridobljeni fenoli lahko vodijo do raziskav v organski kemiji, da bi se iz njih sintetizirale bolj zapletene spojine, ki bi zmanjšale potrebo po materialih iz fosilnih virov. Izboljšanje znanstvenih in praktičnih orodij za analizo LCA in LCC Izboljšave bodo doprinesle podrobnejše razumevanje okoljskih vplivov lesno-predelovalne industrije, še posebej pa proizvodnje celuloze. S tem bomo odprli dodatne možnosti za bistven napredek v znanosti o okolju.
Pomen za razvoj Slovenije
It is expected that the project will bring the progress beyond the state of the art in different scientific fields: New databases Databases with improved information on the extracted compounds from debarking water, their characteristics and potential uses will be generated in WP3. It will serve as a reference and a starting point for further exploration in organic chemistry, environmental science, pharmacy, food science, and medicine. Combined with the databases, compiled in WP2 on the market potential of polyphenols, it will be a powerful tool for research in economics of naturally occurring renewable chemicals. Based on the European principles of open science, this basic project will strive to share its results (unless some results will be identified as commercially exploitable in the very near future) openly, in open-access journals, and in as many international knowledge sharing fora as possible. Advanced knowledge in data modelling The new knowledge and data obtained by multivariate data analysis (MDA) and chemometrics will open the path for engineers to further develop and automatize technologies for preparation and separation of (poly)phenolic compounds from various sources. Moreover, it will open the door for basic plant ecology and physiology studies (the relationship between quantity and quality of phenolic species in industrial residue streams and ecological parameters of growth stands of plant materials, which were the source of the particular biomass batch). With these studies an indirect correlation between the influence of ecological parameters and the plant physiology (secondary metabolism, in which phenolic substances are produced) can be obtained. Advancement in magnetic bead and separation technology The research on magnetic bead removal and separation and purification techniques will give an insight into the nature and dynamics of the interaction between (poly)phenolic substances and other materials (i.e., functionalised metal-based magnetic beads and methacrylate-based monolithic columns), thereby opening countless possibilities for further research in various fields of material science (e.g., phenolics-based adhesives rheology and curing/adhesion processes, bioplastics research, basic processes in organic synthesis). New knowledge will be gained on the nature, efficiency, and dynamics of polyphenolic interactions, leading towards new discoveries in basic chemistry. This might lead to research of new biobased coatings (based on phenolics) and other materials from the side streams of industries. The obtained phenolics may lead to research in organic chemistry to start synthesis of more complicated compounds from these starting materials, reducing the need for materials from fossil-based sources. Improvement of scientific and practical tools for LCA and LCC analysis These improvements will bring about a much more detailed understanding of environmental impacts of the wood-processing industry in general, and pulp production in particular. Thereby, further possibilities will open for substantial improvements in environmental science.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Vmesno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno