Von der Lotion zum Ozeandampfer

Mehr als 20 Millionen Menschen besteigen jedes Jahr Kreuzfahrtschiffe, um ein wenig Ruhe und Entspannung zu genießen. Die glücklichen Reisenden tragen großzügig Sonnenschutz auf, bevor sie sich an Deck sonnen, während die komplizierten Maschinen des Schiffes nach vorne tuckern und das Schiff zu unbekannten Zielen treiben.

Jetzt kann ein Start-up-Unternehmen der University of Delaware, genannt RiKarbon, Inc., einen Weg finden, diese beiden Aktivitäten umweltfreundlicher zu gestalten.

Die Forscher von RiKarbon kombinieren pflanzliche Abfälle und natürliche Öle chemisch, um ein biobasiertes Öl zu entwickeln, das als erneuerbare Alternative zu den typischen Ressourcen auf Erdölbasis verwendet werden kann, die in allem verwendet werden, von beliebten Hautlotionen und Sonnenschutzmitteln bis hin zu Schmierstoffen für die Schifffahrt, die Landwirtschaft, die Lebensmittelverarbeitung und die Wasserkraftproduktion, unter anderem.

Das umweltfreundliche Öl besteht zu rund 50 Prozent aus Biomasse wie Gräsern, Maisschalen und Holzspänen und zu 50 Prozent aus gewöhnlichem Speiseöl wie Pflanzen- oder Kokosöl.

„Wenn wir erneuerbare Energien nutzen können, wird dies den Druck auf Erdöl minimieren, unseren CO2-Fußabdruck verringern und eine nachhaltige Nutzung enormer Mengen an verfügbarer Biomasse ermöglichen“, sagte RiKarbon-Gründer Basudeb Saha. Laut einem Bericht des US-Energieministeriums aus dem Jahr 2016 werden jedes Jahr mehr als 130 Millionen trockene Tonnen Biomasse aus Abfallressourcen nicht genutzt.

Umweltfreundlichere Kosmetik

Der Fokus auf die Kosmetikindustrie wird durch die potenziell schädlichen Inhaltsstoffe der beliebten Hautlotionen und Sonnenschutzmittel unterstrichen, die einen verbesserten Sonnenschutz und andere Vorteile bieten. Wenn sie mit Wasser abgewaschen werden, verursachen Inhaltsstoffe, die nicht wasserlöslich sind, eine Verschmutzung unserer Wasserläufe, die für die Umwelt schädlich sein kann. So können beispielsweise Sonnenschutzrückstände, die im Meer ausgewaschen werden, die Entwicklung mariner Organismen wie Hufeisenkrebse beeinträchtigen und empfindliche Ökosysteme in Korallenriffen beeinträchtigen.

Das Interesse der Verbraucher an der Reduzierung schädlicher Inhaltsstoffe im Zusammenhang mit gesundheitlichen Problemen zugunsten sicherer, erneuerbarer Inhaltsstoffe treibt ebenfalls Veränderungen voran.

„Wir lesen selten Informationen über die von uns verwendeten Produkte“, sagt Saha, der auch stellvertretender Forschungsdirektor am UD-geführten Katalysezentrum für Energieinnovation (CCEI) ist. „Wir alle wissen nicht, was tatsächlich in ihnen steckt, auch wenn wir es als wichtig erachten, Sonnencreme zu verwenden, wenn wir zum Strand und an andere Orte gehen. Wenn wir unser Produkt verwenden können, um die schädlichen Inhaltsstoffe zu ersetzen, können wir der Umwelt helfen und dem Verbraucher dienen.“

Anwendungen in Schmierstoffen

Ein neuer Einsatzbereich für die umweltfreundliche Technologie von RiKarbon liegt in der Schmierstoffindustrie – einer 60 Milliarden Dollar teuren Industrie. Schmiermittel werden verwendet, um Lager, Getriebe, Triebwerke, Motoren und andere mechanische Teile, von Schiffen über Windkraftanlagen, Flugzeuge, Autos bis hin zu landwirtschaftlichen Geräten, ruhig zu halten.

„Es besteht ein großer Bedarf an umweltfreundlichen Schmierstoffen für Anwendungen, bei denen erdölbasierte Produkte zu Umweltproblemen führen können, die kostspielig zu reinigen sind“, sagte Saha.

Laut einem Bericht der Environmental Protection Agency aus dem Jahr 2011 werden jährlich bis zu 16 Millionen Gallonen Erdölschmierstoffe versehentlich aufgrund von Leckagen und der sorglosen Entsorgung von Schmierstoffen aus Marineschiffen, Kreuzfahrtschiffen und Wasserkraftturbinen in den Ozean freigesetzt. Dies ist das 1,5-fache der Menge an Öl, die bei der Katastrophe von 1983 in Exxon Valdez verschüttet wurde, als ein Schiffstanker in Alaskas Prince William Sound auf ein Riff stieß und 11 Millionen Gallonen Rohöl ins Wasser trieb. Die nachteiligen Umweltauswirkungen auf Meeresorganismen und empfindliche Ökosysteme sind erheblich, was zu wachsender Besorgnis und der Suche nach sichereren Alternativen führt.

RiKarbon

Das Startup-Unternehmen ist aus Sahas Arbeit im CCEI hervorgegangen, einem Forschungszentrum für Energiegrenzen, das an der UD angesiedelt ist und vom Energieministerium finanziert wird, das sich auf Technologien für erneuerbare Energien konzentriert, die aus Biomasse ohne Lebensmittel hergestellt werden.

„In den letzten zehn Jahren haben CCEI und andere Unternehmen, die Biomasse in Chemikalien umwandeln, so genannte Drop-in-Materialien entwickelt, die als direkter Ersatz für konventionelle Produkte aus Erdöl verwendet werden können“, sagte Saha. „Aber die Verarbeitung von Biomasse ist teuer, also müssen Methoden wirtschaftlich tragfähig sein, um eingesetzt zu werden.“

Biomasse ist Pflanzenmaterial, das aus einem Feststoff in eine Flüssigkeit zerlegt wurde. Biomasse-Bausteine sind jedoch kleine Moleküle, die nur wenige Kohlenstoffatome enthalten. Um die kohlenstoffreichen Moleküle in kosmetischen Ölen oder Schmierstoffen zu ersetzen, müssen diese kohlenstoffärmeren Moleküle „gekoppelt“ oder miteinander vernäht werden, um erneuerbare, leistungsstarke Produkte zu schaffen, die sich in Bezug auf Anwendungen, Toxizität und Umweltauswirkungen deutlich von ihren erdölbasierten Konkurrenten abheben.

Bei RiKarbon – das heißt, den Kohlenstoff zu revolutionieren – kombiniert das Forschungsteam Kohlenstoffmoleküle aus natürlichen Ölen, wie Pflanzen- oder Kokosöl, mit denen aus Pflanzenmaterial, das wissenschaftlich als lignocellulosische Biomasse bekannt ist, aus Maishülsen, Gräsern oder Bäumen durch eine energieeffiziente Reaktion zur Bildung größerer Moleküle. Mit neuartigen Katalysatoren beschleunigen die Forscher chemische Reaktionen, die es ihnen ermöglichen, den verfügbaren Kohlenstoff aus diesen Molekülen zusammenzufügen und für etwas Neues, in diesem Fall das erneuerbare Öl, zu nutzen.

Das physische Produkt sieht aus wie Wasser, aber es ist eigentlich ein viskoses Öl, das sich leicht mit anderen Additiven vermischt und einen Vorteil gegenüber Ölen auf Erdölbasis bietet. Auch der von RiKarbon entwickelte Prozess ist flexibel und ermöglicht es, dass nachwachsende Öle mit deutlich unterschiedlichen Strukturen und Eigenschaften ein breites Spektrum an Spezifikationen erfüllen.

Das Team erhielt kürzlich eine Finanzierung in Höhe von 150.000 US-Dollar von der Small Business Technology Transfer (STTR) Programmabteilung für Energie der U.S. Small Business Administration, eine Injektion, die es dem Team ermöglichen wird, an der Entwicklung umweltfreundlicher Schmierstoffe für die Wasserkraft, eine kohlenstoffarme Quelle der Stromerzeugung, zu arbeiten.

UD-Unterstützung ist der Schlüssel zum nachhaltigen Erfolg von Start-ups.

Ein Startup-Unternehmen auf den Weg zu bringen, ist keine Alleingang. Es erfordert mehr als eine Idee und eine Entschlossenheit, die akademische Laborforschung auf den Markt zu bringen, sagte Saha und wies viele andere auf dem Campus und im Staat hin, die den Erfolg von RiKarbon hinter den Kulissen unterstützt haben.

Die Teilnahme am Blue Hen Proof-of-Concept-Programm von Horn Entrepreneurship zum Beispiel half dem RiKarbon-Team, sich mit anderen zu vernetzen, um mehr über die Gründung eines Startup-Unternehmens zu erfahren, ihre Präsentationsfähigkeiten zu verfeinern und sich für die Teilnahme am National Science Foundation (NSF) Innovation Corps (I-Corps) Programm zu bewerben, das Wissenschaftlern und Ingenieuren hilft, die Technologien mit Potenzial haben, vom Universitätslabor zur Kommerzialisierung zu wachsen. Das RiKarbon-Team, das mit 50.000 US-Dollar an NSF-Mitteln ausgestattet ist, wird im Winter 2019 am I-Corps teilnehmen.

Dann gab es die langen Diskussionen mit Technologietransfer-Profis im Office of Economic Innovation and Partnerships der UD, in denen Saha über die Offenlegung von Erfindungen, die Patentierbarkeit, die Lizenzierung und den Wert der Technologie auf dem Markt informiert wurde. Das Delaware Small Business Development Center unterstützte auch das RiKarbon-Team bei der Entwicklung seiner Website, der Durchführung von Marktforschung und dem Verständnis der Geschäftslogistik. Schließlich wird eine mit 50.000 US-Dollar dotierte Auszeichnung des Delaware Bioscience Center for Advanced Technology, unterstützt durch den Staat Delaware, RiKarbon helfen, die Entdeckung neuer Produkte auszuweiten.

„Ohne all diese Hilfe wäre RiKarbon nicht dort, wo es heute ist“, sagte Saha.

Derzeit arbeitet Saha mit mehreren Unternehmen zusammen, um 100 Prozent biobasierte erneuerbare Öle in den aktuellen Produktformulierungen für Körperpflegeprodukte und Schmierstoffanwendungen zu bewerten und zu testen. Bisher war das frühzeitige Feedback positiv, und es sieht nicht so aus, als würde es sich bald verlangsamen.

„Wir haben zwei Mitarbeiter eingestellt, Flächen im Inkubator STAR Campus von UD angemietet und überlegen, wie wir das Produkt vergrößern können“, sagt Saha.

In anderen Arbeiten arbeitet Saha an Technologien, um die Luftfahrtindustrie mit biobasierten Kraftstoffen zu versorgen. Vor kurzem wurde er in den Technischen Beirat für Biomasseforschung und -entwicklung (TAC) berufen, ein Bioenergiekonsortium aus Fachexperten und Entscheidungsträgern von Bundes- und Landesbehörden, wo er Informationen über den zukünftigen Bioenergiebedarf mit Blick auf die Bioökonomie beitragen möchte.

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