Der Bedarf an Papier- und Kartonproduktion wächst weltweit kontinuierlich, insbesondere in der Verpackungsindustrie. Aufgrund der Beschaffenheit des Papiers ist in der Regel eine Oberflächenbeschichtung erforderlich, um Wasser, Öl und andere unerwünschte Substanzen fernzuhalten. Diese Beschichtungen können mit hohen finanziellen und ökologischen Kosten verbunden sein. Der Einsatz nachwachsender und gleichzeitig kostengünstiger Beschichtungsmaterialien kann Nachhaltigkeitsstrategien unterstützen.
Eine vielversprechende neue Technik unter Verwendung extrazellulärer Polymersubstanzen (EPS), die aus anaerobem Granulatschlamm gewonnen werden, könnte einen kostengünstigen, nachhaltigen Ansatz für die Umwandlung von Abwasser in industriell wertvolle Produkte bieten und zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen beitragen.
In einer Studie veröffentlicht in Umweltwissenschaften und Ökotechnologie, beschichteten Forscher Papier mit EPS, das aus verschiedenen anaeroben Körnchen im Abwasser gewonnen wurde. Dieser Ansatz verbesserte die Wasserdichtigkeit (65 %) sowie die Öl- und Fettbeständigkeit, während die mehrschichtige Mikrostruktur des beschichteten Papiers insgesamt eine glattere und weniger poröse Oberfläche aufwies. Extrazelluläre Proteine, die in β-Faltblättern und Random-Coils reichlich vorhanden sind, spielen eine entscheidende strukturelle Rolle bei der Papierbeschichtung.
Die biologische Behandlung auf der Basis von Belebtschlamm ist der am weitesten verbreitete Ansatz zur Entfernung wichtiger Schadstoffe aus dem Abwasser. Die Entsorgung von Überschussschlamm macht jedoch bis zu 50 % der Abwasserbehandlungskosten aus und stellt eine erhebliche Herausforderung bei der Abwasserbehandlung dar.
Abwasseraufbereitungsanlagen verlagern sich auf die Rückgewinnung von Rohstoffen und verwandeln diese in potenzielle erneuerbare Quellen. EPS-reicher Überschussschlamm wird immer attraktiver und trägt zur Umsetzung des „Bioraffinerie“-Paradigmas aus Kläranlagen bei. EPS-basierte Biomaterialien sind potenzielle Alternativen zu synthetischen Polymeren in verschiedenen Anwendungen, beispielsweise in der Landwirtschaft, der Medizin und der Bauindustrie, da sie Polysaccharide, Proteine und Huminsäuresubstanzen enthalten.
In dieser Studie wurde anaerobes Granulat aus einer Abwasseraufbereitungsanlage einer Brauerei und einer Abwasseraufbereitungsanlage der Papierindustrie gesammelt. Unabhängig von den unterschiedlichen Schlammquellen bestand EPS beider Arten hauptsächlich aus Proteinen. EEM-Spektren bestätigten, dass Tryptophan oder proteinähnliche Komponenten neben humusähnlichen Komponenten die dominierenden Substanzen waren.
Der Zusatz von EPS führte zu einem verbesserten Wasser-/Fettabweisungsverhalten. Die besten Ergebnisse wurden mit den EPS-Proben aus Papierindustrieschlamm erzielt, die sich durch einen höheren Anteil an Proteinen und hydrophoben Anteilen auszeichneten als die anderen EPS-Proben. Darüber hinaus würden die extrazellulären Proteine, die reich an β-Faltblättern und Random-Coils sind, eine strukturelle Rolle bei der Papierbeschichtung spielen.
Diese Forschung belegt zum ersten Mal, dass aus anaeroben Granulaten gewonnenes EPS interessante Wasserbarriereeigenschaften aufweist, wenn es als Additive für Papierbeschichtungen verwendet wird. Noch wichtiger ist aus Sicht der Papierindustrie, dass diese EPS die Beständigkeit gegen das Eindringen und die Absorption von Fett verbessern. Diese aus körnigem Abfallschlamm gewonnenen Biomaterialien stellen eine nachhaltige Ressource für die industrielle Anwendung dar und versprechen die Verwirklichung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.
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Cuijie Feng et al., Extrazelluläre Polymersubstanzen als Papierbeschichtungs-Biomaterialien aus anaerobem Granulatschlamm, Umweltwissenschaften und Ökotechnologie (2024). DOI: 10.1016/j.ese.2024.100397
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