Jätkusuutlik keemia ja tehnoloogia

Tippkeskuse eesmärk on edendada innovatsiooni ringmajanduses, keskkonnasõbralikku ja kohalikku ressurssi vajavate tehnoloogiate uurimise ning ühiskonna teadlikkuse tõstmise kaudu. Neljas töörühmas on järgmised uurimissuunad. Strateegilise mineraalse toorme rühm kaardistab kriitilisi materjale ja sekundaarseid ressursse jäätmevoogudes, et neid eraldada ja taaskasutada, minimeerides kahjulike jäätmete hulka. Süsiniku-põhise toorme töörühm arendab rohekeemial põhinevaid meetodeid võtme-kemikaalide ja taaskasutatavate plastide jaoks, hinnates ka nende keskkonnamõju. Ringsete tehnoloogiate tööstussiirde rühm fokusseerub skaleerimist võimaldavatele tehnoloogiatele vähendades jäätmeid ja edendades ringlussevõttu, käsitledes ka veepuhastust. Ringmajanduse ärirakenduste ning modelleerimise analüüsi rühm analüüsib jätkusuutlikke ärirakendusi ning toormete väärtusahelaid. Tippkeskuse interdistsiplinaarsus aitab luua Eestile ja Euroopale vajalikke ringmajanduslikke lahendusi.

Puit või siis lignotselluloosne biomass üldisemalt on kõige enimlevinud, kättesaadavaim, aga samas ka ainus jätkusuutlikke lahendusi võimaldav taastuvtooraine üha kasvava inimkonnaga planeedil. Puidu kolm põhipolümeeri - tselluloos, hemitselluloos ning ligniin, sisaldavad algkomponente, millest on võimalik toota kõrge väärtusastmega puidusuhkruid, tekstiilikiude, termoplastseid materjale ning peenkemikaale. Antud projektis viiakse edasi ensüümitehnoloogiate arendusi, kus ekstreemsetest kasvukeskkondadest pärit mikroobide ensüüme kasutatakse ligniini lõhustamiseks ja modifitseerimiseks, toksiliste fenoolsete ühendite keskkonnast eraldamiseks, ning tselluloosi puidusuhkruteks lagundamise ja lahustuva tselluloosi tehnoloogiates. Lisaks keskendutakse projektis tehnoloogiatele, kus arendatakse edasi nii kraft-ligniinil (tüüpiline paberitööstuse ligniin), hüdrolüüsi ligniinil ning sünteetilisel ligniinil põhinevaid poorseid materjale, termoplaste kui ka uue generatsiooni katalüsaatoreid.

Sõjalised süsteemid on muutunud üha keerukamaks, nõudes kaitses täiustatud materjalide kasutamist. Kuna Euroopa riigid ei suudaks hetkel pidada kõrge intensiivsusega sõda, nagu Venemaa sissetung Ukrainasse, on sõjaliste ja kaheotstarbeliste kaupade (nt laskemoon ja energiamaterjalid) mitmekesistamine ja tootmismahtude suurendamine kriitilise tähtsusega Ligniin – maailmas teine kõige rikkalikum biopolümeer pärast tselluloosi – on saadav biomassist, turbast või kõrvalsaadusena tselluloosi- ja paberitööstusest ning põllumajandusjäätmetest. Seda saab muuta jätkusuutlikeks, kõrge väärtusega toodeteks. Ainsa fenoolse biopolümeerina on ligniin pälvinud märkimisväärset tähelepanu fossiilsete ressursside alternatiivina. See on kergesti kättesaadav ja selle tootmine ei sõltu kaevandustest ega töötlemistehastest, ja toetab vajalike materjalide mitmekesistamist. See teeb ligniinist väärtusliku ja jätkusuutliku tooraine, mis aitab ületada lünki ja/või tagada tarneahela kindluse, eriti kui lõhkeained toodetakse fossiilsetest allikatest, sealhulgas hiljuti Eestis tähelepanu pälvinud põlevkivist Ligniini kui biopõhise lõhkeaine allikat on tugevalt alahinnatud, eriti kui seda on modifitseeritud nitreerimise teel. Nitro-rühmade lisamine ligniinile koos selle kohapealse depolümeriseerimisega suurendab ühendi energiasisaldust ja jõudlust lõhkeainete ja raketikütuse lisandina. Projekti (I etapp) fookuses on ligniinipõhiste kõrge energiaga materjalide töötlemise protsess ja skaleeritavus termobaarsete lõhkeainete, raketikütuste jms jaoks, tuginedes Eesti kohalikule tarneahelale ning saadud ühendite jõudluse hindamine reaalses keskkonnas.