Введение. Большие объемы целлюлозосодержащих растительных отходов сельского хозяйства утилизируются путем сжигания, что негативно сказывается на состоянии окружающей среды. С другой стороны, современные производители полимерных теплоизоляционных материалов игнорируют последствия токсического действия продуктов распада и горения этих материалов на природу и человека.
Цель исследования. Основным компонентом пенополистирола, который используется для утепления домов, является стирен. Стирен по своей химической природе - ароматическое соединение со сладковатым запахом, которое вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, головную боль и поражает центральную и вегетативную нервные системы. Помимо этого, стирен имеет высокий коэффициент кумулятивности в организме человека - 0,7005, а предельно допустимая концентрация его в воздухе - 5 мг/м3[1,2]. Поэтому существует необходимость замены синтетических полимерных теплоизоляционных материалов на более экологически выгодные - натуральные.
Материалы и методы. Растительные отходы характеризуются высоким содержанием целлюлозы и могут быть использованы для комплексного решения вопросов энергетики (получения возобновляемых источников энергии), промышленности (получения альтернативной продукции, в частности композитных теплоизоляционных материалов, на их основе) и экологии (сокращение эмиссии вредных веществ при их утилизации сжиганием). Таким образом, помимо использования растительных отходов в виде топливных брикетов, их можно использовать для изготовления теплоизоляционных материалов. Известная на сегодняшний день технология изготовления теплоизоляционных материалов на основе биоразлагаемого сырья предусматривает стадии получения посевного материала грибов, обладающих целлюлолитической активностью, подготовки компонентов питательной среды и компонентов будущего изделия [3,4].
В состав будущего изделия, согласно литературным источникам, могут входить сено или солома злаковых культур, древесные опилки, отруби или шелуха подсолнечника и т.д. Таким образом представляло интерес проанализировать ресурсную базу Украины по отношению к возможным источникам сырья для изготовления биокомпозитных теплоизоляционных материалов.
Выбор растительного сырья для технологии изготовления теплоизоляционных панелей должен базироваться на химическом составе и усвояемости субстрата целлюлолитическими грибами. Химический состав различных видов древесных отходов приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Типичный средний химический состав различных видов опилок, %
|
Наименование |
Виды опилок |
||||||
|
Береза |
Бук |
Ива |
Дуб |
Ель |
Сосна |
Тополь |
|
|
Зольность |
1,4 |
0,6 |
2,1 |
1,19 |
0,96 |
0,6 |
1,22 |
|
Углерод, С |
50,19 |
49,5 |
49,3 |
49,89 |
51,09 |
51,8 |
49,42 |
|
Водород, Н |
7,49 |
6,26 |
6,6 |
6,01 |
5,54 |
6,1 |
6,0 |
|
Азот, N |
0,49 |
0,1 |
1,1 |
0,17 |
0,12 |
0,3 |
0,23 |
|
Сера, S |
0,49 |
0,1 |
0,1 |
0,05 |
0,01 |
0,01 |
0,05 |
|
Кислород, O2 |
39,93 |
43,7 |
40,77 |
42,68 |
42,27 |
41,19 |
43,07 |
Результаты и обсуждения. Согласно приведенным табличным данным можно сделать вывод, что самой богатой по содержанию органических элементов среди лиственных деревьев является береза, а среди хвойных - ель и сосна. Если сравнивать опилки деревьев (лиственные и хвойные), то можно сказать, что для биологического агента наиболее подходящим будут именно лиственные породы, поскольку в опилках хвойных деревьев содержится лигнин и другие ингибиторы роста мицелиальных грибов.
Кроме опилок, как питательный субстрат, можно использовать побочный продукт масличного производства - лузгу подсолнечника. Стебли же и корзины этого растения, хотя и имеют достаточно большой ресурс по объему, однако в заготовке и переработке такого вида биомассы есть определенные технические трудности, что удорожает стоимость готового изделия [4,5]. Также широко распространенным сырьем, кроме выше перечисленных, являются отходы переработки зерновых культур, в частности солома. Химический состав соломы различных злаковых культур представлен в таблице 2.
Таблица 2 -Типичные средние значения химического состава соломы различных зерновых культур, %
|
Наименование |
Виды соломы зерновых культур |
|||
|
Рожь |
Овес |
Пшеница |
Ячмень |
|
|
Зольность |
3,98 |
5,9 |
4,5 |
5,88 |
|
Углерод, С |
47,66 |
47,6 |
47,1 |
46,2 |
|
Водород, Н |
5,62 |
5,8 |
5,9 |
5,7 |
|
Азот, N |
0,24 |
0,5 |
0,6 |
0,6 |
|
Сера, S |
0,04 |
0,08 |
0,1 |
0,08 |
|
Кислород, O2 |
42,4 |
43,5 |
41,8 |
41,54 |
Наиболее сбалансированным составом отличается солома овса, что подтверждается многими литературными данными [5,6].
Вывод. Опираясь на табличные данные, можно сделать вывод, что оптимальными компонентами субстрата будут солома овса, лузга подсолнечника и березовые опилки в качестве структурообразующего компонента. Для полноценного развития мицелия грибов во всех видах сырья не хватает азота, поэтому его можно подавать в виде сульфата аммония экзогенно.
Таким образом, использование целлюлозосодержащих отходов в качестве основы биокомпозитных теплоизоляционных панелей позволяет решить проблему утилизации отходов, а также открывает новые перспективы получения альтернативных, биоразлагаемых, нетоксичных строительных отделочных материалов.
Список литературы
- Бардик Д.Л., Леффлер У.Л. Нефтехимия.пер. с англ. Свитанько З.П. - М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2005. - 416 с.
- Косарев В.В., Бабанов С.А. Профессиональные болезни: Учеб.пособие. - М.: ИНФРА-М, 2011. - 252 с.
- Pat. us 9555395 B2. Chemically modified mycological materials having absorbent properties / s.j. Araldi, g.j. Tudryn, c.e. Hart, A.J.Carlton. - Publ. 31.01.17.
- Гелетуха Г., Крамар В., Епік О., Антощук Т., Тітков В., Комплексний аналіз украінського ринку пелет з біомаси. - К.: Науково-технічний центр «Біомаса», 2016. - 336 с.
- Travaglini S., Noble J., Mycology matrix proceedings of the American Societly for Composites // «Twenty-eighth Technical Conference». - California, 2013. - P. 2-20.
- Pat. 0375919 A1 usa, b65d 81/38. Biodegradable molded product / c.j de Echeverri. - Publ. 31.12.15.