Kifejlesztettek egy fenntartható eljárást, amely a konyhai hulladékot fémötvözetek gyártásában hasznosítja. Az új technológiával radikálisan csökken az energiaigény is.
A reggeli rántotta után megmaradt tojáshéj a legtöbb háztartásban a szemetesben végzi, pedig ez a biogén hulladék kulcsfontosságú alapanyaga lehet a jövő csúcstechnológiai eszközeinek. Az Észak-Karolinai Állami Egyetem anyagtudományi szakemberei olyan eljárást mutattak be, amely porított tojáshéj felhasználásával lehetővé teszi kiváló minőségű, akár repülőgép építésére alkalmas fémötvözetek előállítását. Ezeket a könnyű, mégis rendkívül szilárd anyagokat széles körben alkalmazza egyébként az autóipar, az űrkutatás, valamint a biomedicina területe is.
A kutatás hátterét az a környezetvédelmi és gazdasági kényszer adja, hogy a fémipar jelenleg energiaigényes bányászati folyamatokra támaszkodik. A magnéziumötvözetek mechanikai tulajdonságainak javításához kalciumtartalmú anyagokra, például kalcium-karbonátra és kalcium-oxidra van szükség. Ezeket eddig ércből, összetett és környezetterhelő finomítási lépéseken keresztül nyerték ki.
A tojáshéj azonban 95 százalékban kalcium-karbonátból áll, így kézenfekvő, olcsó és fenntartható alternatívát kínál a hagyományos nyersanyagokkal szemben.
A szakemberek egy különleges mechanikai folyamatot, az úgynevezett súrlódásos extrúziót hívták segítségül a kísérletek során. Az eljárás elején egy hengeres magnéziumtömbbe lyukakat fúrtak, amelyeket finomra őrölt tojáshéjjal töltöttek meg. Ezt követően egy acélhengerbe helyezett, percenként 300-as fordulatszámmal pörgő acéltüske gyakorolt nyomást az anyagra.
Bharat Gwalani, a tanulmány levelező szerzője közleményben levezette: a forgó tüske által generált súrlódási hő és a hatalmas nyomás hatására a tojáshéjpor elkeveredett a magnéziummal, a kémiai reakciók során pedig a kalcium-karbonát kalcium-oxiddá és elemi kalciummá alakult át. Ezzel létrejött a nagy szilárdságú Mg2Ca ötvözet, amelyet a gép végül rúd formájában préselt ki.
A technológia egyik legnagyobb előnye – az alacsony enegiaigény mellett – az egyszerűségében rejlik. „Ezeknek az anyagoknak az előállítása bányászott nyersanyagokra és összetett folyamatokra épül. Mi egy olyan technikát mutattunk be, amellyel átugorhatunk egy lépcsőfokot” – mutatott rá az adjunktus, megjegyezve: az eljárás során nem kell külön előállítani a kalciumtermékeket, így a szállítási lánc lerövidül, az energiafelhasználás pedig jelentősen csökken.
A fenntartható repülőgép- és fémipar ígérete
A kutatók a koncepció igazolására bebizonyították, hogy a tojáshéjból készült ötvözetek keményebbek és erősebbek a hagyományos változatoknál. A kis tömeg és a nagy szilárdság kombinációja kifejezetten értékessé teszi ezeket az anyagokat az elektronikai eszközök vagy akár az űripari berendezések gyártásában – e területeken ugyanis minden megspórolt gramm számít.
„A kalciumot a mechanikai tulajdonságok javítása érdekében adtuk a magnéziumhoz. Azt akartuk kideríteni, hogy képesek vagyunk-e biogén hulladékot – jelen esetben tojáshéjat – használni a szükséges kalcium kinyerésére közvetlenül a gyártási folyamat során” – fejtette ki Gwalani.
Hozzátette: a módszer méretezhető és környezetbarát alternatívát jelent a magnéziumalapú kompozitok, fémötvözetek előállítására.
„Ez a munka rávilágít, hogy értékes és kiváló minőségű magnéziumötvözetek gyárthatóak olcsó, fenntartható és biogén hulladék segítségével” – összegezte a szakember. A kutatócsoport korábban már sikeresen alkalmazta ugyanezt a technikát más területen: alumíniumhulladék és mágneses por keverésével hoztak létre kompozit anyagokat, ami azt jelzi, hogy a súrlódásos extrúzió szélesebb körben is forradalmasíthatja az újrahasznosítást a nehéziparban.
A címlapkép illusztráció. Fotó: Peter Werkman / Unsplash
„A magyar beruházás nagyon előrehaladott, ugyanakkor rendkívül komplex. Sok mindent újra kell gondolnunk ebben a projektben, rengeteg megoldandó feladat van, hogy az előnyt, amire Magyarország szert tett, valódi hozzáadott értékké, profittá tudjuk kovácsolni.”