Vénusz: szuperkritikus közeg

Jóllehet a szerelem és szépség római istennőjének nevét viseli, felszíne azonban közel sem nevezhető vonzónak. A Vénusz bolygón extrém magas hőmérséklet uralkodik, a nyomás pedig hasonló a földi tengerek mélyén mérhető nyomáshoz. Ilyen körülmények között a légkör 96 %-át alkotó szén-dioxid „szuperkritikus” állapotba kerül, amely a gáz és folyadék halmazállapot közötti állapot. A Vénuszt ugyan nem teszi vonzóbbá, ám a szuperkritikus szén-dioxid a Földön olyan anyag, amely a szépség szolgálatába állt. Megéri beruházni a megfelelő nyomás-hőmérséklet viszonyok technikai feltételeinek megteremtésébe, ugyanis a gáz a Vénuszhoz hasonló körülmények között rendkívül hatékony oldószer. Ezt használja ki például a kozmetikai ipar éteri illatok és nagyfinomságú, értékes olajok kinyerésére növényi alapanyagokból.

SZÉN-DIOXID MINT SZUPERKRITIKUS OLDÓSZER

Az eljárást szuperkritikus extrakciónak nevezik, de rövidített formában SFE-ként (Supercritical Fluid Extraction) is ismert. Lehetőségek sorát kínálja arra, hogy egy adott anyag összetevőit szelektív és kíméletes módon válasszuk el egymástól. Ezt a módszert ipari léptékben elsőként a kávé koffeinmentesítésénél alkalmazták. A kávé érzékeny növényi termék, melynek számos összetevőjéből csak egyet kell kinyerni. Az egészségre káros oldószerek használata kizárt, mivel élvezhetetlenné tennék a terméket. Más rendelkezésre álló módszerek pedig túlságosan befolyásolnák a komplex aromát. A szuperkritikus extrakcióban használt szén-dioxiddal viszont a koffein célzottan kinyerhető anélkül, hogy más komponensekre kedvezőtlen hatással lenne.

Amennyiben valamely gáz hőmérsékletét kritikus pontja fölé emeljük és a kritikusnál nagyobb nyomás alá helyezzük, szuperkritikus állapotába megy át. Ebben a formában nem lehet eldönteni, hogy gáz, vagy folyadékhalmazállapotú-e inkább, mivel a szuperkritikus fluidum egyszerre mutatja a folyadék nagy sűrűségét és a gáz kismértékű viszkozitását. A szuperkritikus állapotba való átmenet következtében ugrásszerűen, akár egy nagyságrenddel is nő az oldóképesség.

A szuperkritikus extrakcióhoz többnyire szén-dioxidot alkalmaznak. Ez a gáz már 31 °C fokon és 74 bar nyomáson eléri kritikus állapotát, így a feldolgozandó anyagot alig kell szobahőmérséklet fölé melegíteni – ez nagy előnye a szén-dioxidnak, nemcsak a hőre érzékeny növényi anyagok esetében. Ezen felül a CO2 semleges, inert gáz, nem mérgező. Az extrakció után teljes mértékben elpárolog, és zárt rendszerben használva újra felhasználható oldószerként.

Az SFE-eljárás további előnye nagyfokú szelektivitása, azaz nagy pontossággal beállítható különféle anyagok, alkotórészek célzott kinyerésére. Gyógy- és fűszernövények esetében például az illóolajok és más olajos állagú komponensek nagyon könnyen elválaszthatók egymástól. A hőmérséklet- és nyomásértékek változtatásával könnyen szabályozható, mikor mit nyerjünk ki. A hagyományos módszereknél ez csak az oldószer többszöri cseréjével érhető el. A kivonatok – legyen az folyékony fűszer vagy gyógynövény extraktum – hosszú időn át változatlan formában őrzik meg jellemzőiket, az illatot, az ízt és a színt.

SZUPERKRITIKUS EXTRAKCIÓ FELHASZNÁLÁSA

A szuperkritikus extrakció egy speciális felhasználási területe az enantiomerek elválasztása. Az enantiomerek olyan anyagok, melyek azonos molekuláris felépítéssel rendelkeznek, de atomjaik tükörképszerűen rendeződnek el, mint például a balra és jobbra forgató tejsavak. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem SFE kutatócsoportja elsőként használta az SFE-eljárást a gyógyszergyártásban is nagy jelentőséggel bíró enantiomer molekulapárok elválasztására. 

A szuperkritikus extrakciót az idők folyamán a legkülönbözőbb területeken is sikerrel alkalmazzák, mint például a vegyiparban, petrolkémiában, biotechnológiában, papírgyártásban, vagy a környezetvédelemben. Segíthet aktívszén-szűrők, vagy fáradt olaj regenerálásánál, gyógyszeripari szennyvizek kezelésénél, vagy szennyezett talaj tisztításánál.

AEROGÉLEK A KUTATÁSBAN

Izgalmas új felhasználási terület az aerogélek előállítása. Szuperkritikus extrakcióval a gél folyékony komponensét szuperkritikus gázzal helyettesítik, amely aztán elpárolog. Az eredmény egy olyan nagy porozitású szilárd anyag, amely térfogatának mintegy 99,98 %-át a pórusok teszik ki. Ezek a ma ismert legkisebb sűrűségű szilárd anyagok, rendkívül könnyűek mégis nagy szilárdságúak. Finom porózus szerkezete miatt kiválóan alkalmas közeg a legkisebb porrészecskék befogására. Emiatt alkalmazták a Stardust űrszonda fedélzetén is, hogy egy üstökös kómájából pormintát gyűjtsenek be. A porrészecskék és molekulák olyan lassan fékeződnek le az aerogélben, hogy nem éri azokat hőkárosodás. Így vált elsőként lehetővé, hogy egy üstökös anyagát épségben a Földre juttassák.

Kérdése van? Vegye fel velünk a kapcsolatot!