Sörtörköllyel egy fenntarthatóbb anyaghasználat felé
Nem minden fenntartható, ami bioalapú. A biokompozit anyagokat eredetükre hivatkozva gyakran azonosítják a fenntarthatósággal, ám az árnyaltabb képért – ahogy az korábban például a micéliummal kapcsolatban is felmerült – érdemes rendszerszinten, az alapanyagok származásáról, a gyártási folyamatról, valamint az anyagok teljes életciklusáról és annak végéről együttesen gondolkodni. Gerencsér Orsolya körforgásos gazdaság alapelveit követő anyagkutatásában a sörgyártás során keletkező melléktermék, a sörtörköly tulajdonságait és felhasználási lehetőségeit vizsgálja egy bioalapú kompozit rendszerben. Mindezzel nem a fosszilis anyagok közvetlen helyettesítésére, hanem egy alternatív anyaghasználati szemlélet kialakítására tesz kísérletet.
Az Európai Unióban az élelmiszer előállítás és feldolgozás különböző szakaszaiban évente nagyjából 59 millió tonna élelmiszerhulladék keletkezik. Az Európai Bizottság adatai szerint az élelmiszer és italfeldolgozó ipar az összes élelmiszerhulladék közel 19%-áért felelős [1]. Ezért a munkámban a körforgásos gazdaság elveire építve a hulladékáramok anyagfejlesztési célú hasznosításának lehetőségével szerettem volna foglalkozni. Az alapanyag kiválasztásakor fontos volt, hogy Észak- és Közép-Európában egyaránt könnyen hozzáférhető, helyi vagy regionális forrásból származzon – így jutottam el a sörfőzési folyamat során visszamaradó gabonaalapú melléktermékhez, a sörtörkölyhöz.
A sörtörköly a hulladéktermelésünk mintegy 85%-át teszi ki [2]. Éves globális mennyiségét 36–39 millió tonnára becsülik, amelyből Európában évente több millió tonna keletkezik [3].
Emellett fontos, hogy a sörtörköly Európa szinte valamennyi országában folyamatosan rendelkezésre áll, így alkalmas lehet lokális anyagfejlesztési rendszerekhez [4]. Jelenlegi hasznosítása ugyanakkor jellemzően alacsony hozzáadott értékű: mintegy 70%-át állati takarmányként, 10%-át energetikai hasznosításra használják fel, míg a fennmaradó 20% hulladéklerakókba kerül, jelentősen terhelve ezzel a környezetet [5]. A körforgásos gazdaság szempontjából tehát a sörtörköly releváns kutatási alapanyagnak tekinthető.
A receptek alakításának és a minták vizsgálatának nyomon követesére egy albumot hoztam létre, amelybe a mintákat és azokról való megfigyeléseimet helyeztem el.
A receptúrák kidolgozása
A kísérletezést biofilm anyagok készítésével kezdtem, amelyeken megfigyelhettem az anyag viselkedését. Az eredmények egy karboximetil-cellulóz (CMC)-, xantán-, glicerin- és zselatinalapú receptúrárhoz vezettek. A CMC elősegítette a rostokkal való kölcsönhatást és javította az anyag kohézióját; a glicerin elsődleges szerepe a lágyítás volt; a xantán a rendszer stabilizálását szolgálta; a zselatin pedig javította a kompozit kohézióját és hozzájárult a mechanikai stabilitásának növeléséhez. Az így előállított vékony, flexibilis biofilm anyag, amelynek domináns alkotóeleme a sörtörköly, különböző hordozófelületekre öntve képes azok geometriáját és felületi karakterét lekövetni, miközben önálló szerkezeti egységként viselkedik.
Ezzel párhuzamosan a sörtörköly magas cellulóz és fehérjetartalmára építve egy önálló formát is megtartó kompozit anyag fejlesztésébe kezdtem. Ehhez a tej fő fehérjéjével, a kazeinenyvvel kezdtem dolgozni, amelyből évszázadok óta készítenek természetes ragasztóanyagokat. A 19–20. század fordulóján még széles körben használták a fa- és bútoriparban, alkalmazásuk azonban a szintetikus műgyanta ragasztók megjelenésével fokozatosan visszaszorult [6]. Napjainkban a fenntartható anyagfejlesztés és a körforgásos gazdasági modellek előtérbe kerülésével ismét megjelent az érdeklődés a kazeinalapú rendszerek iránt.
A kazeinenyv elkészítését követően az egyéb adalékanyagokat, majd a sörtörkölyt fokozatosan adtam hozzá a rendszerhez. A különböző összetevők arányainak módosításával egy jól formálható, gyurma állagú kompozit anyag jött létre, amit különböző présformákba helyeztem, majd vastagságuktól függően 3–8 órán keresztül szárítószekrényben, később szobahőmérsékleten szárítottam.
Az elkészült biofilm és háromfajta – őröletlen, őrölt és fele-fele keverék –, merev szerkezetű biokompozit anyagok mechanikai tulajdonságait szakítóvizsgálattal, hárompontos hajlítóvizsgálattal és ejtődárda vizsgálattal elemeztem a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszékének közreműködésével. Az eredményekből megállapítható, hogy az őröletlen sörtörkölyből készült kompozit rendelkezik a leggyengébb mechanikai tulajdonságokkal, miközben a teljesen őrölt változat nagyarányú merevséget és ütésállóságot mutatott, a fele-fele arányú keverék pedig a legtöbb vizsgálatban kiegyensúlyozott, magas teljesítményt nyújtott.
Összességében a biofilm és a merev kompozitok eltérő felhasználási területet képviselnek: az előbbi elsősorban flexibilis felületek és könnyű csomagolóanyagok alapanyagaként lehet alkalmas, míg az utóbbi kisebb bútoripari és terméktervezési alkalmazásokban is felhasználható.
A biofilm anyag és a merev kompozitok.
Kísérletek gyártási technológiákkal
A biofilm alapú anyagról megmunkálhatóságát különböző bőrtechnológiai eljárásokkal, többek között lyukasztással, ringlizéssel, patentozással és különböző varrástípusokkal teszteltem. Ezeknél az anyag remekül viselkedett, varrás során nem perforálódott. A formaalakítás során vizsgáltam az anyag önmagával történő kapcsolhatóságát is, amelyben a hőkezelés bizonyult a legeredményesebbnek. Hősugárzóval történő melegítés hatására az anyag felső rétege meglágyult, amely lehetővé tette két felület ragasztó és varrásmentes összekapcsolását.
A merev biokompozitok esetében elsőként az őrölt és őröletlen sörtörköly különböző arányú keverékeit vizsgáltam. Az egyszerű, geometrikus nyomóformákkal végzett kísérletek azt mutatták, hogy a kompozit bár jól alakítható, a kötőanyagok gyors reakciója miatt a megmunkálási idő általában 10-15 perc. Ez korlátozza a nagyobb méretű tárgyak kézi kialakítását, ugyanakkor előnyt jelenthet a sorozatjellegű gyártás során. A megmunkálhatóságot különböző faipari technológiákkal vizsgáltam: az őrölt és a fele-fele arányú kompozitok jól viselték a fűrészelést, a marást, a gravírozást, a csavarozást, a csapolást, valamint a lézervágási kísérleteket is.
A kísérlet során létrehozott, egyik sörtárolásra alkalmas forma és a moduláris panelsorozat részlete.
A szerkezeti megoldások vizsgálatához és mechanikai tesztek elvégzéséhez különféle, a sörkultúrához kapcsolódó kísérleti tárgyakat – sörtárolásra alkalmas formákat, lapanyagból kivágott, egyszerű szerkezeteket – hoztam létre. Négy szempont – a teherbírás, a formálhatóság, a szakítószilárdság, valamint az anyagkombinációk – szerint haladva megállapítottam, hogy a fejlesztett biofilm és merev kompozit anyagok számos hagyományos tervezői és gyártástechnológiai eljárással kompatibilisek. A különböző receptúrák eltérő formaalakítási és megmunkálási tulajdonságai lehetővé teszik, hogy az anyagokat a későbbiekben eltérő termékkategóriákhoz és gyártási folyamatokhoz lehessen igazítani.
Példa a biofilm anyagból készült tárolóra és az anyagkombinációval létrehozott tartó-és fogórendszerre.
Ahogy valóban fenntartható
A fenntartható anyagfejlesztés során nem elegendő kizárólag a felhasznált alapanyagok eredetét vagy biológiai lebomlását vizsgálni – figyelembe kell venni az előállítás során felhasznált energiát, a segédanyagok gyártásából származó kibocsátásokat, valamint a szállításból eredő környezeti terhelést is. Ennek értékelésére szolgál az életciklus elemzés (Life Cycle Assessment, LCA), amely lehetőséget biztosít az anyagok összehasonlítható környezeti vizsgálatára.
Jelen esetben egy egyszerűsített, úgynevezett screening LCA vizsgálatot készítettem, amelynek célja az anyagok legfontosabb környezeti terhelési pontjainak (hotspotjainak) azonosítása. Az elemzés „bölcsőtől a kapuig” (cradle-to-gate) megközelítést alkalmaz, vagyis kizárólag az alapanyagok beszerzésétől a késztermék előállításáig vizsgálja a környezeti hatásokat. Ez alapján az általam fejlesztett anyagok környezeti szempontból kedvező kiindulási pozícióval rendelkeznek, ugyanakkor az eredmények azt is megmutatták, hogy a rendszer környezeti teljesítményét jelenleg elsősorban a felhasznált kötő és segédanyagok határozzák meg. A fejlesztés következő lépése ezért nem elsősorban a hordozóanyag, hanem a receptúrák további optimalizálása lehet.
// /
[1] European Commission. 2024. „Food Waste and Food Waste Prevention – Estimates 2022.” Eurostat Statistics Explained. Letöltve: 2026. június 3.
[2] Mussatto, Solange I., Gilberto Dragone és Inés C. Roberto. 2006. „Brewers’ Spent Grain: Generation, Characteristics and Potential Applications.” Journal of Cereal Science 43 (1): 1–14. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2005.06.001
[3] [4] Lynch, Kevin M., Edward J. Steffen és Elke K. Arendt. 2016. „Brewers’ Spent Grain: A Review with an Emphasis on Food and Health.” Journal of the Institute of Brewing 122 (4): 553–568. https://doi.org/10.1002/jib.363
[5] Terefe, Geberemariyam. 2022. „Preservation Techniques and Their Effect on Nutritional Values and Microbial Population of Brewer’s Spent Grain: A Review.” CABI Agriculture and Bioscience 3 (51). https://doi.org/10.1186/s43170-022-00120-8
[6] Spahiu, Taulant, Samir Alarab és Evis Piperi. 2017. „Investigation of Eco-Friendly Casein Fibre Production Methods.” In Proceedings of the International Conference on Applied Sciences, 45–51.
A projekt a Moholy-Nagy Művészeti Egyetem Divat- és textiltervezés mesterszakán készült, a témavezető Bráda Judit, a konzulens Temesi Apol DLA volt.
A szerző köszönettel tartozik Varga László Józsefnek, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem doktori hallgatójának a minták mechanikai vizsgálatainak elvégzéséért. Berezvai Márton élelmiszermérnöknek, aki az eredmények értékelésében, valamint az anyagfejlesztési folyamat során nyújtott szakmai segítséget. Továbbá a Mad Scientist kézműves sörgyárnak az alapanyag biztosításáért.
