Sekite 15min Google
„Žmonės dažnai nesuvokia, kokio masto yra kavos vartojimas – juk tai milžiniška industrija. Bet kartu atsiveria ir didžiulės galimybės panaudoti kavos atliekas“, – sako F.Ursino.
Pasirinko Lietuvą
FTMC Funkcinių medžiagų ir elektronikos skyriuje esantis kavos aparatas netikėtai pretenduoja tapti visų laikų garsiausiu šiame Centre, nes kas kelios dienos jo tirščių pasiima Federico ir nešasi į laboratoriją. Ir ne tik jis – kiti mokslininkai irgi žino, kad atliekų geriau nemesti į šiukšliadėžę, bet pristatyti kolegai iš Italijos. „Aš pats kasdien išgeriu labai daug kavos, kas nelabai patinka mano merginai. Bet dabar turiu svarbų pasiteisinimą: ‚Darau tai mokslo labui!‘“, – juokiasi pašnekovas.
Vis dėlto idėjos – labai rimtos. F. Ursino pasaulėžiūroje tvarumas užima svarbią vietą. Juo vadovavosi ir Italijoje rašydamas daktaro disertaciją, kai tyrėjas dirbo su metalo molibdeno pagrindu pagamintais milteliais, gautais iš pramoninių atliekų. Tuos miltelius Federico panaudojo perspektyvių nanomedžiagų kūrimui, kurios buvo taikomos žaliosioms technologijoms – vandenilio išgavimui iš vandens ir elektrocheminiam energijos kaupimui.
Ieškodamas naujų iššūkių ir tinkamos vietos podoktorantūros stažuotei, mokslininkas FTMC atrado socialiniuose tinkluose. Susidomėjęs Centre vykdomomis veiklomis, jis susisiekė su FTMC Funkcinių medžiagų ir elektronikos skyriaus Bioelektrinių reiškinių laboratorijos vadovu dr. Arūnu Stirke bei kitu laboratorijos tyrėju dr. Ahmedu Taha ir nusprendė ateinančius dvejus metus praleisti Lietuvoje.
„FTMC man patinka tuo, kad čia susijungia fizika, chemija, medžiagų inžinerija ir daugelis kitų krypčių. Tokia tarpdisciplininė aplinka yra viena iš priežasčių, kodėl fizikas, toks kaip aš, galiausiai atsidūrė grupėje, kuri dirba su biologinėmis medžiagomis. Vadovai man suteikė visišką laisvę, o aš, analizuodamas mokslinę literatūrą, pamačiau, kad niekas iki šiol nenaudojo kavos tirščių tokiam tikslui kaip mano“, – prisimena F. Ursino.
Kaip kavos tirščiai „padės“ vandeniui ir žmogaus kūnui
Fizikas iš surinktų kavos tirščių laboratorijoje pirmiausia išgauna aliejų. Šiek tiek aliejaus yra įvairiose kavos rūšyse, o jei pupelės per stipriai skrudinamos, jos ima tuos aliejus išskirti pačios. Tai – viena iš priežasčių, kodėl gėrimas įgauna rūgštoką skonį.
Todėl pašnekovas savo tyrimams įprastai naudoja švelnesnės arabikos kavos likučius: „Jei pupelės skrudinamos per stipriai, dalis aliejaus prarandama sandėliuojant, transportuojant ar naudojant kavinėse. Kol panaudoti kavos tirščiai pasiekia mane, dalis vertingos žaliavos jau būna prarasta. O man reikia, kad aliejus liktų tirščiuose ir galėčiau jį išgauti pats.“
Tokį aliejų mokslininkas vėliau paverčia fazę keičiančiomis medžiagomis (angl. phase-change materials, PCM).
„Tai yra medžiagos, kurios gali sugerti ir sukaupti šilumą arba ją atiduoti, išskirti. Tai vyksta tada, kai jos pakeičia būseną, pavyzdžiui, iš kietos tampa skystos arba atvirkščiai.
Paprasčiausias pavyzdys yra vanduo. Kai jis gauna šilumos, ledas tirpsta ir virsta vandeniu. Kai šilumos netenka, vanduo vėl užšąla ir tampa ledu. Šio proceso metu sugeriama arba išskiriama daug šiluminės energijos.
Kalbant apie vandenį, galima kalbėti apie vieną iš mano technologijos pritaikymo pavyzdžių. Yra namų su saulės kolektoriais ir vandens talpomis, kuriose kaupiama surinkta šiluma. Bėda ta, kad vanduo gali surinkti tik labai ribotą energijos kiekį. Tad tuose rezervuaruose naujosios PCM medžiagos galėtų būti sumaišomos su vandeniu ir šitaip padėti sukaupti daugiau šiluminės energijos bei pagerinti visos sistemos veikimą“, – pasakoja F. Ursino.
Kita iš kavos tirščių gautų medžiagų panaudojimo sritis – išmanioji tekstilė. Pašnekovas kviečia įsivaizduoti drabužius, gebančius prisitaikyti prie aplinkos sąlygų: kai oras karštas, jie galėtų vėsinti kūną, o kai šalta – padėti išlaikyti šilumą. Kaip vanduo reaguoja į temperatūros pokyčius, taip ir audinyje esančios PCM atitinkamai „elgtųsi“ žmogaus geros savijautos labui.
„Atsižvelgiant į klimato kaitą ir vis dažniau pasitaikančius ekstremalius karščius, tokios medžiagos galėtų būti labai naudingos. Pats esu kilęs iš Sicilijos, kur temperatūra šiandien jau gali viršyti 45 °C“, – sako FTMC stažuotojas.
Esminė darbo dalis – kūryba
Kaip PCM integruoti į drabužius? Federico kalba apie tris galimus būdus. Pirmasis panašus į 3D spausdinimą: nanomedžiaga sumaišoma su medvilne ir sukuriamas kompozitinis pluoštas, iš kurio vėliau galima gaminti audinį. Kitas variantas – savotiškas „sumuštinis“, kai tarp dviejų medvilnės sluoksnių įterpiamos PCM.
Trečiasis metodas – paimti jau pagamintą tekstilės gaminį, pavyzdžiui, marškinėlius, ir panardinti jį į suspensiją, kurioje yra PCM. Audinys išmirkomas, išdžiovinamas ir papildomai apdorojamas medžiagomis, kurios padeda nanodaleles išlaikyti vietoje.
„Jei ateityje pavyktų šią technologiją patentuoti, būtų puiku. Praktikoje fazę keičiančias medžiagas naudoti nėra labai sudėtinga. Kur kas didesnis iššūkis ir dabartinis mano tikslas yra sukurti pačias medžiagas, kurias būtų galima realiai pritaikyti tekstilės gaminiuose“, – pabrėžia F. Ursino.
Šiuo reikalu jis konsultuojasi su FTMC Tekstilės technologijų skyriumi, esančiu Kaune. Ten dirbanti komanda specializuojasi išmaniųjų drabužių srityje ir kuria įvairią aprangą kariams bei civiliams. Ši tekstilė gali atlikti įvairias užduotis, nuo tinkamos kūno temperatūros palaikymo iki maskavimo nuo priešo radaro signalų.
„Sutarėme diskusijas pratęsti po kelių mėnesių. Pirmiausia turiu paruošti pakankamą kiekį medžiagos bandymams. Ties tuo dirbu ir jau turiu pirmųjų daug žadančių rezultatų, kuriais labai džiaugiuosi.
O kai optimizuosiu nano-PCM gamybos procesą išmaniajai tekstilei, taip pat turėčiau gebėti sukurti medžiagas, tinkamas šiluminės energijos kaupimo sistemoms, pavyzdžiui, naudojamoms kartu su saulės kolektoriais ar saulės energijos sistemomis“, – dalijasi mokslininkas.
Optimizmas dėl ateities
Kad sėkmingai įgyvendintų užsibrėžtus du tikslus, tyrėjui reikės sukurti medžiagas su kiek skirtingomis savybėmis. Pavyzdžiui, išmanieji drabužiai turės nuolat palaikyti 25–27 °C temperatūrą – tokia rūbo šiluma laikoma komfortiškiausia žmogui.
Tuo metu šiluminės energijos kaupimui, naudojamam su saulės energijos sistemomis, reikalingos nanomedžiagos, kurių lydymosi temperatūra gerokai aukštesnė – paprastai virš 60 °C. Tai reiškia, kad PCM kūrimo procesas jau turės būti kitoks.
„Yra ir trečiasis tikslas – suprasti pagrindinius medžiagų veikimo mechanizmus. Noriu išbandyti skirtingus PCM derinius ir nustatyti, kodėl vienos fazę keičiančios medžiagos veikia geriau nei kitos. Skirtingai nei pirmieji du tikslai, kurie įgyvendinami vienas po kito, šis apima visą projektą nuo pradžios iki pabaigos.
Iš tikrųjų PCM medžiagos turi daug daugiau numatomų pritaikymų nei tie, su kuriais dirbu. Tad, jei viskas pavyks, atsivers labai plačios galimybės. Žinoma, mokslas juda mažais žingsniais. Norimas technologijas turėsime greičiausiai ne per ateinančius dvejus metus, tačiau netolimoje ateityje – tikrai“, – įsitikinęs F. Ursino.
