Ultraschalltechnologie beschleunigt die Trocknung erneuerbarer Cellulose-Nanokristalle

Der globale Übergang zur Nachhaltigkeit hat großes Interesse an biobasierten Materialien und energieeffizienten Technologien geweckt. Unter diesen haben Cellulose-Nanokristalle (CNCs), die aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen werden, ein großes Potenzial für die Verwendung in Verbundwerkstoffen, biomedizinischen Materialien und Verpackungen gezeigt. Eine große Herausforderung in der CNC-Fertigung ist jedoch der energieintensive Trocknungsprozess, der oft die Entfernung großer Wassermengen aus niedrig konzentrierten Suspensionen erfordert.

Um dieses Problem anzugehen, hat ein Forscherteam der University of Illinois Urbana-Champaign und der Purdue University eine neuartige Multifrequenz-Ultraschalltrocknungstechnologie eingeführt. Diese Methode beschleunigt nicht nur den Trocknungsprozess, sondern reduziert auch den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Trocknungstechniken wie Heißluft-, Sprüh- und Gefriertrocknung.

Die Forschung ist veröffentlicht im Zeitschrift für Bioressourcen und Bioprodukte.

Die Studie verglich die Trocknungskinetik, Produktqualität und Energieeffizienz verschiedener Trocknungsmethoden. Der Ultraschalltrocknungsprozess führte zu einer bemerkenswerten Verkürzung der Trocknungszeit um 50 % im Vergleich zur Heißlufttrocknung bei minimaler Änderung der Partikelgröße, was auf eine hervorragende Redispergierbarkeit hinweist.

Darüber hinaus zeigte die Ultraschalltrocknungsmethode eine überlegene Stabilität in wässrigen Lösungen mit Zetapotentialen im Bereich von -35 bis -65 mV, einem entscheidenden Faktor für die kolloidale Stabilität von CNCs.

In Bezug auf Energieverbrauch und CO2-Emissionen übertraf die Ultraschall-Trocknungstechnologie andere Methoden. Der spezifische Energieverbrauch war deutlich geringer und die potenziellen CO2-Emissionen könnten bei Nutzung erneuerbaren Stroms netto Null erreichen. Diese Innovation steht im Einklang mit den weltweiten Bemühungen, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren und Netto-Null-Ziele zu erreichen.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Ultraschalltrocknung eine vielversprechende, nachhaltige Methode zum Trocknen von CNCs ist und eine skalierbare Lösung für die Biomaterialindustrie bietet. Diese Methode steigert nicht nur die Effizienz der CNC-Produktion, sondern unterstützt auch die Umweltverträglichkeit durch Minimierung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen.