Kemikalije in materiali: kako postajamo pametnejši, da bo prihodnost čistejša in varnejša

Vloga, ki jo bosta v prihodnosti našega planeta imeli proizvodnja ter uporaba kemikalij in materialov, bo velika. Povedano natančneje: ponovna zasnova procesov, s katerimi pridobimo uporabne kemične izdelke ter ustvarjamo in uporabljamo materiale, bo v pomoč pri omejevanju našega vpliva na planet in zagotavljanju virov še za mnoge prihodnje generacije. Poleg ekoloških koristi bo prehod v krožno gospodarstvo prinesel tudi stroškovno učinkovitost.

Tri panoge, v katerih bodo vidne največje spremembe, so:
●    gradbena in konstrukcijska industrija,
●    modna in tekstilna industrija,
●    letalska in vesoljska industrija.

Gradbena in konstrukcijska industrija

V današnjem času potrebe gradbene in konstrukcijske industrije po energiji predstavljajo 36 % globalnih energijskih potreb, ta industrija pa prispeva tudi 40 % emisij CO₂ in porabi 25 % vode. Delovne procese v njej je nujno treba reformirati. Razvoj trajnostnih materialov je poleg drugih ciljno usmerjenih prizadevanj namenjen zmanjšanju tega vpliva.

Do sprememb bo prišlo že v fazi zasnove, strukture, ki jih je navdihnila narava, pa bodo spremenile uporabo energije v stavbah. Ena prvih primerov sta ozelenitev streh in postavitev oken tako, da sta naravna svetloba in toplota čim bolje izkoriščeni.

Spremenilo se bo tudi tisto, iz česar so strukture izdelane. Velik poudarek je na betonu brez cementa, s čimer bi bil eden najpogosteje uporabljenih in najbolj škodljivih materialov zamenjan z okolju prijaznimi nadomestki, kot so med drugim lesni beton, konopljin beton in beton z micelijem (beton, izdelan z glivami).

Področje, na katerem je zaznati rast, je izolacija; inženirji si prizadevajo proizvesti najboljše alternativne izdelke, ki so izdelani iz okolju prijaznih materialov in izjemno učinkoviti. Običajno so sistemi izolacije v gradbeni in konstrukcijski industriji v obliki vlaken, zrn ali celic. Pri izolaciji v prihodnosti bo uporabljena nanotehnologija – še zlasti nanocelulozni aerogel, ki je eden od najlažjih trdnih materialov na svetu ter omogoča zaščito pred vdorom vode in toplotno izolacijo.

Modna in tekstilna industrija

Modna industrija je skoraj enako velik onesnaževalec kot konstrukcijska industrija; delno zato, ker je bil v preteklih nekaj desetletjih poudarek na hitri modi, katere zapuščina so mikroplastika v vodi in velike količine tekstila na odlagališčih odpadkov.

Trenutne raziskave so v glavnem usmerjene k tekstilu, ki je vzdržljiv in trajen, uporabljen pa je, na primer, pri uniformah in delovnih oblekah. S pametnim tekstilom, ki odbija vodo, je antimikroben in visokozmogljiv, se bo spremenil način uporabe oblačil v okoljih, kot so bolnišnice. Te inovacije se bodo najverjetneje prenesle tudi na potrošniški trg.

To pametno blago je v glavnem pametno zaradi kemičnih premazov – kar je tematika, ki je prisotna tudi v sektorju letalske in vesoljske industrije.

Letalska in vesoljska industrija

Visokotehnološki premazi, kot so tisti, ki so fotokonduktivni in se sami popravijo, se bodo zaradi svoje vzdržljivosti, visoke odpornosti proti rji ter lastnosti, ki ščitijo pred ognjem in toploto, kmalu znašli v letalski in vesoljski industriji.

Poleg tega so termična razpršila in premazi na osnovi nanotehnologije in grafena izjemno lahki ter ščitijo pred elektromagnetnimi in radiofrekvenčnimi motnjami.

Tako kot pri vsakodnevni mobilnosti je tudi letalska in vesoljska industrija na težave z onesnaževanjem zraka zaradi uporabe goriv na osnovi ogljika odgovorila z elektrifikacijo. Kratkoročno bo v letalski in vesoljski industriji glavna rešitev še naprej gorivo na osnovi zgorevanja, vendar se bo zaradi izboljšane tehnologije za zmanjšanje radarske opaznosti in enostavnega ponovnega polnjenja krepila uporaba električnih pogonov v ladjah, vozilih in brezpilotnih zrakoplovnih sistemih. Električni ali hibridni pogonski sistemi omogočajo nove zmožnosti boja, kot je »tiho opazovanje«, in zmanjšujejo logistični odtis.

Premik k elektrifikaciji pomeni, da bo prišlo tudi do premika k učinkoviti in okolju prijazni kemiji pri baterijah, proizvajalci v letalski in vesoljski industriji pa že sklepajo partnerstva s proizvajalci vozil, da bi z njimi delili izkušnje.

Tehnologije baterij iz kovinsko-zračnih celic, nanožic, tekočih kovin in protonov ter prilagodljivih in bioloških baterij se v kopenskih, morskih in zračnih vozilih že uporabljajo. Nekega dne bodo električno gnani tudi notranji leti na kratke razdalje, ki danes zelo izčrpavajo vire.

Tektonski premik

Ogromne spremembe na področju kemikalij in materialov, ki se uporabljajo v industriji, izvirajo iz raziskovalnih in razvojnih laboratorijev po vsem svetu. Digitalne tehnologije pri tem pospešujejo odkritja in hkrati znižujejo stroške.

Z umetno inteligenco raziskovalci lahko preizkušajo in se učijo na podlagi podatkov in ne več s fizičnimi preizkusi, internet stvari pa omogoča izboljšano zbiranje podatkov in natančnejše zmožnosti napovedovanja. Nosljive naprave in računalništvo v oblaku bodo v prihodnosti omogočili tudi kar najučinkovitejšo uporabo človeških virov.

Materiali, iz katerih je sestavljen naš svet, se bodo v naslednjem desetletju preobrazili in nam tako prinesli varnejšo, čistejšo, pametnejšo in učinkovitejšo prihodnost – gospodarske koristi pa ne bodo nič manjše.