Bagasa

Bagasa sú rozvláknené steblá cukrovej trstiny, ktoré po vylisovaní šťavy (použitej na výrobu cukru) slúžia ako surovina na výrobu buničiny alebo vláknitého izolačného materiálu a na vyhrievanie kotlov v cukrovare. Bagasa obsahuje asi 50 % vody.

Cukrová trstina (Saccharum officinarum) sa vo veľkom množstve pestuje v tropických krajinách. V roku 2017 sa na celom svete vyprodukovalo približne 1,84 miliardy ton cukrovej trstiny. Používa sa v cukrovaroch a liehových mlynoch. Tieto mlyny ho však nemôžu úplne spotrebovať, pretože po použití v týchto mlynoch vzniká cca 30 % zvyškov buničitej vlákniny. Tieto zvyšky sa nazývajú bagasa. Predtým sa pálila ako odpad. Súčasne sa bagasa mechanicky drví, čistí vodou a nakoniec lisuje do plátov podobne ako ručne vyrábaný papier. Používa sa v rôznych aplikáciách, vrátane papierenského priemyslu, ako surovina. Z plátov sa potom lisujú rôzne gastro obaly a jednorazový riad alebo aj ako biopalivo.

Bagasa z cukrovej trstiny je lingocelulózový materiál. Vo všeobecnosti ide o druh odpadu, ktorý môže mať určité konkrétne využitie. Pretože obsahuje pomerne veľké množstvo celulózy, ktorá môže byť extrahovaná a táto celulóza môže mať rôzne aplikácie. Vláknité materiály môžu byť použité ako vlákna v textilnom a stavebnom sektore, po vyžadovaných jedinečných úpravách, presnejšie povedané, táto bagasa môže byť použitá na vystuženie kompozitných materiálov na vytvorenie úplne nového typu materiálu.

Hlavnou výhodou použitia bagasy je to, že ide o čistý odpadový materiál. Ak je možné tento materiál použiť v akejkoľvek aplikácii aj po niekoľkých jednoduchých predúpravách, proces stále produkuje veľmi ekonomický produkt a produkt bude určite úplne alebo čiastočne biologicky odbúrateľný, čo je v dnešnej dobe dôležitý faktor.

Extrahované vlákno môže tiež vykazovať celkom dobré mechanické vlastnosti, ak sa použije vhodná technika. Extrahovanú celulózu je možné použiť aj na výrobu trvalo udržateľných regenerovaných textilných vlákien. Okrem toho môže byť bagasa tiež zdrojom na výrobu nanočastíc, hoci to by nebolo také lacné ako alternatíva.

Štruktúra a vlastnosti 
Rastlinné vlákna, ktoré pochádzajú zo stoniek alebo stoniek, sa nazývajú lykové vlákna. Juta, ľan, ramie atď., sú lykové vlákna, pričom sú tiež klasifikované ako dvojklíčnolistové rastliny, pretože tieto rastliny majú sieťovo žilkované listy. Cukrová trstina obsahuje listy s paralelnou žilou. Zväzky vlákien sú náhodne usporiadané v stonke vlákna, ale v lykovom vlákne sú zväzky vlákien usporiadané do určitého prstencového vzoru, a preto nie je klasifikované ako lykové vlákno. Stopku cukrovej trstiny možno rozdeliť na dve časti, vonkajšiu kôru a vnútornú dreň. Vonkajšia časť kôry obsahuje dlhšie a jemnejšie zväzky vlákien, zatiaľ čo vnútorná časť obsahuje krátke vlákna. Bagasa v skutočnosti obsahuje oba typy vlákien.

Celulóza pokrýva asi jednu tretinu rastlinných tkanív cukrovej trstiny. Bagasa z cukrovej trstiny obsahuje asi 4050 % celulózy a 2535 % hemicelulózy. Zvyšok obsahuje lignín, vosk atď. Celulóza má kryštalickú štruktúru (5090 % kryštalickej v závislosti od zdroja celulózy), je skôr ako prírodný lineárny polymér obsahujúci anhydroglukózové jednotky spojené β-1,4-glykozidickými väzbami. Obsahuje tri hydroxylové skupiny s rôznou reaktivitou, C2 a C3 s –OH skupinou sú sekundárne alkoholové skupiny a primárnu alkoholovú skupinu –OH môžeme nájsť v polohe C6. Tieto hydroxylové skupiny pomáhajú vytvárať silné medzimolekulové a intramolekulárne vodíkové väzby, čo znamená, že sú dobre rozpustné vo vode.

Tieto celulózové polyméry sú distribuované vo fibrilách, ktoré sú obklopené hemicelulózou, obsahujúcu amorfnú štruktúru so xylózou a glukózou, a lignínom. Lignín v skutočnosti funguje ako lepidlo medzi celulózou a hemicelulózou a pomáha materiálu získať tuhosť. Je to trojrozmerný polymér obsahujúci tri rôzne fenyl-propánové prekurzorové monoméry, menovite p-kumaryl, koniferyl a sinapylalkohol, ktoré sú navzájom spojené alkyl-arylovými, aryl-arylovými a alkyl-alkylovými väzbami. Chemické zloženie bagasy z cukrovej trstiny je uvedené nižšie v tabuľke 1.

Mechanické vlastnosti bagasy z cukrovej trstiny 
Hlavné mechanické vlastnosti bagasy z cukrovej trstiny zahŕňajú pevnosť v ohybe a modul, pevnosť v ťahu a modul, zvetrávanie, trvanlivosť, rázovú húževnatosť a spomaľovanie horenia. Pevnosť v ohybe je ovplyvnená rôznymi faktormi, ako je dĺžka vlákna, kôra, veľkosť a obsah prášku.

Pevnosť v ohybe bagasy sa najskôr zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom, po ktorom nasleduje pokles pri ďalšom pridávaní bagasy. Modul v ťahu sa vo všeobecnosti zvyšuje s obsahom bagasy. Nárazová sila klesá so zvyšujúcim sa obsahom bagasy. V prípade jemnejšej bagasy dochádza k pomalšej redukcii a vyššej rázovej húževnatosti.

Bagasové vlákno je náchylné na mikrobiálnu degradáciu, ako je napadnutie hubami, čo spôsobuje stratu hmoty. Literárny prieskum ukázal, že Coniophora puteana (huba hnedej hniloby) viedla k väčšej strate hmotnosti v porovnaní s Trametes versicolor (huba bielej hniloby) v dôsledku uvoľňovania kyseliny šťaveľovej. Huba hnedej hniloby hydrolyzuje hemicelulózu produkciou kyseliny šťaveľovej, čím sa celulóza stáva dostupnou pre enzymatickú hydrolýzu a ponecháva len lignínový skelet. Zatiaľ čo huba bielej hniloby nielenže znižuje stupeň polymerizácie, ale napáda aj povrch mikrofibríl. Modul a pevnosť v ohybe sú znížené napadnutím hubami, ale zníženie tvrdosti a rázovej húževnatosti je veľmi nízke.

V dôsledku degradácie lignocelulózového materiálu hubami sa vytvára viac pórov, čo zvyšuje absorpciu vody. Spočiatku sa obsah vlhkosti zvyšuje, ktorý klesá s predlžujúcim sa časom expozície hubám. Na potlačenie hniloby húb sa môžu pridať antifungálne látky (boritan zinočnatý), čo je tiež šetrné k životnému prostrediu s nízkou prchavosťou a toxicitou pre cicavcov. Poveternostné vplyvy sú zodpovedné aj za zmeny farby, chemických vlastností, zmáčavosti, vizuálneho vzhľadu a mechanických vlastností.

Bagasa - alternatíva fosílnych zdrojov 
Množstvo a typ odpadu aký tvoríme, je jednou z veľkých tém pre každého, kto sa zaujíma o dopad jeho spotreby na životné prostredie. Vznik odpadu nie je možne sa vyhnúť, ale je možné ho optimalizovať. Veľa vecí, ktoré každý deň vyhodíme, skončia pochované na dne skládky, alebo sú recyklované na menej použiteľné produkty (tzv. downcycling). To platí najmä pre plasty, ktoré sú jedným z environmentálne najviac zaťažujúcich materiálov, ako z hľadiska produkcie, tak odpadov. Posledné roky je preto v behu mnoho projektov, ktoré sa snažia nájsť alternatívy ku konvenčným plastom, ktoré by bolo možné vyrobiť bez použitia fosílnych zdrojov a ktorých odpadové hospodárstvo by bolo zodpovednejšie. Jednou z týchto alternatív je bagasa.

Bagasa je významne čistejším zdrojom, ako sú fosílne palivá a je tzv. CO2 neutrálne – množstvo CO2, ktoré je pri ho spaľovaní vypúšťané do ovzdušia, sa rovná množstvu CO2, ktoré rastliny absorbujú počas svojho rastu. Jeden z prebiehajúcich výskumov sa tiež zaoberá možnosťou využiť bagasu ako zdroj etanolu, čo by malo viesť k zníženiu emisie skleníkových plynov oproti používaniu benzínu až o 85%..

Tým najdôležitejším použitím z hľadiska nášho každodenného života je využívanie tohto materiálu ako zdroja na výrobu papiera. Vlákna bagasy môžu byť používané ako alternatíva k drevu pri produkcii papierových produktov, ako sú obrúsky, vreckovky, toaletný papier, alebo kartón a to pri zachovaní kvality výsledného produktu. Zároveň je dostatočne odolná, aby nahradila polystyrén a tradičné plasty používané na výrobu jednorazových tanierov, téglikov, menuboxov a ďalšieho jednorazového riadu.

Keďže ide o vedľajší produkt pri spracovaní cukrovej trstiny, nie sú potrebné rozsiahle investície do už existujúcej infraštruktúry. Vďaka kompostovateľnosti bagasy je možné použiť ju ako hnojivo na rast ďalšej generácie rastlín. Produkty z bagasy tak umožňujú ďalšie využitie zdroja, ktorý by bol inak spálený.

Cukrová trstina tiež rastie oveľa rýchlejšie ako stromy a tým znižuje našu ťažbu dreva. Veľký potenciál bagasy spočíva v tom, že nám umožňuje nahradiť ekologicky nešetrné materiály vyskytujúce sa v našich každodenných životoch. Na rozdiel od iných druhov papiera bagasa nepotrebuje byť pokrytá plastom, aby si udržala svoju vodeodolnosť. Bagasa tak môže byť jednoducho kompostovaná. Výrobky z bagasy sú vhodné pre obsah s teplotou až 220°C, pri každom z nich sa však treba vždy konkrétne uistiť.

Kompostovanie bagasy 
Pretože je bagasa vyrobená z biomasy, je možné ju kompostovať, nie recyklovať. Priemerná doba rozkladu v domácom kompostéri je rádovo v jednotkách mesiacov (4560 dní) a v priemyselnom kompostéri sa táto doba ďalej skracuje, záleží na teplote a vlhkosti. Neobsahuje toxické látky, ktoré by sa pri rozklade dostávali do pôdy.

Na jej spracovanie na kompost je potrebný dostatok vlhka, tepla, kyslíka a mikroorganizmov, ktoré bagasu rozkladajú. Na konci tohto procesu je hnoj, ktorý je možné použiť ako zdroj živín pre rast ďalšej generácie rastlín. Bagasa, ktorá bola raz vyrobená z rastlín, tak napomáha udržateľnosti výrobného karbónového cyklu. V súčasnej dobe vidíme aj v Česku rastúci záujem štátu, miest, obcí a súkromných osôb o možnosť zbavovať sa domáceho biologického odpadu tak, aby mohol byť náležite spracovaný. So zvyšujúcou sa spotrebou kompostovateľných bioplastov sa tak bude rozširovať aj infraštruktúra odpadového hospodárstva a my tak budeme môcť využiť plný potenciál týchto materiálov.

Neodporúča sa na domáce kompostovanie ale na priemyselné. Cukrová trstina sa najrýchlejšie rozkladá, keď sa dostane do vlhkého, teplého a prevzdušneného prostredia, kde je množstvo pôdnych baktérií. Tam je jej najlepšie. A len priemyselné kompostárne dnes vedia také podmienky zaistiť.

Bagasa správne patrí do hnedého kontajnera na bioodpad, pretože jedine tak sa dostane do priemyselnej kompostárne. Pokiaľ ho nemáte po ruke, neurobíte zle, keď ho vyhodíte aspoň do zmiešaného odpadu.

Sorpčné kapacity ťažkých kovov bagasy z cukrovej trstiny 
Obavy zo znečistenia ťažkými kovmi a jeho vplyvu na kvalitu vody narastajú každým dňom, a hoci prijatie adsorpcie ako sanačnej techniky môže byť všeliekom na túto hrozbu, náklady, opätovná použiteľnosť a obnoviteľnosť niektorých adsorbentov sa často javili ako obmedzenie. Adsorpcia ťažkých kovov z vodného prostredia závisí od niekoľkých faktorov, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu: čas kontaktu, počiatočná koncentrácia kovových iónov, teplota, pH roztoku. V priebehu rokov sa dávkovanie adsorbentu považovalo za subjektívny parameter, ktorý sa v niekoľkých štúdiách výrazne líši a v niektorých prípadoch výskumníci vo svojich štúdiách neuviedli dávku adsorbentu.

Zistenia odhalili, že adsorpčná kapacita ťažkých kovov modifikovanej bagasy z cukrovej trstiny v dôsledku povrchovej funkcionalizácie má veľmi priaznivé výsledky, adsorpčný mechanizmus bol väčšinou spôsobený elektrostatickou interakciou a iónovou výmenou. Na základe ľahko dostupnej povahy a nákladovej efektívnosti bagasy z cukrovej trstiny ju preto tento prehľad navrhuje ako sľubný adsorbent a alternatívu na odstraňovanie ťažkých kovov v odpadových vodách.

Referencie

Iné projekty 

Biomasa
Cukor
Prírodné materiály