Revista >> Decembrie 2015 - Ianuarie 2016 [Nr. 181] >> Cercetare & Invatamant superior

Prioritățile chimiei pentru domeniile de specializare inteligentă

Dr. ing. Sanda Velea, General Manager ICECHIM

29 Ianuarie 2016

Cercetarea din chimie are un rol semnificativ în principal în două dintre domeniile de specializare inteligentă incluse în Strategia națională de cercetare, dezvoltare şi inovare 2014-2020, respectiv 1. Bioeconomie și 4. Eco-nano-tehnologii și materiale avansate.

Dr. ing. Sanda Velea, general manager ICECHIM

Pe plan mondial există două abordări strategice diferite ale domeniului bioeconomiei. OECD a elaborat în 2009 un document de prognoză „The Bioeconomy to 2030: Designing a Policy Agenda“¹, prin care a delimitat câteva din orientările de dezvoltare ale acestui domeniu în perspectiva orizontului 2030. Comisia Europeană a definitivat în 2012 o strategie intitulată „Inovarea în scopul creșterii durabile: o bioeconomie pentru Europa“, COM (2012) 60². Cele două documente programatice internaționale sunt relevante pentru cele două direcții ale abordării bioeconomiei: (I) ca un domeniu economic care s-a dezvoltat în jurul biotehnologiilor (medicale, farmaceutice, agricole, industriale) - OECD; și (II) ca un domeniu trans-sectorial care înglobează: ramurile economice care produc bioresurse (agricultura, silvicultura, pescuitul, acvacultura), industria alimentară, industria celulozei şi a hârtiei, biotehnologia, precum și o parte a industriei chimice și energetice (EU).

SUA³, Canada⁴ și Australia⁵ au dezvoltat strategii pentru bioeconomie conform viziunii OECD, cu focalizare pe biotehnologii. Strategiile naționale elaborate în cadrul țărilor membre UE (ca de ex. Germania⁶ sau Suedia⁷) au considerat bioeconomia ca un domeniu trans-sectorial al producerii bioresurselor și al industriilor bazate pe bioresurse. Obiectivele cunoscute ale acestor strategii și politici, trecute recent în revistă⁸, sunt: (I) asigurarea sustenabilități bioresurselor; (II) identificarea priorităților în care să se concentreze efortul investițional necesar exprimării potențialului noilor tehnologii; (III) stabilirea măsurilor prin care să se promoveze bioprodusele. Stadiul existent al acestor strategii este de stabilire a instrumentelor de implementare, inclusiv cele biotehnologice. Strategia Națională CDI 2014-2020 se înscrie în cadrul abordărilor trans-sectoriale, specifice țărilor membre ale Uniunii Europene.

Bioeconomia și problema sustenabilității
O problemă fundamentală, intrinsecă pentru bioeconomie, mai ales în abordarea ei trans-sectorială de la nivel european este cea a sustenabilității⁹, respectiv a găsirii echilibrului optim, pentru a satisface în același timp și necesarul de hrană al unei populații în creștere, și cerințele din ce în ce mai crescute de biomasă pentru chimicale și energie (pentru a compensa resursele fosile, care sunt epuizabile, și a căror utilizare are o amprentă mare de carbon).

Această problemă este deosebit de importantă pentru România. „Potențialul uriaș al agriculturii românești“, menționat în Strategia Națională de Cercetare, Dezvoltare şi Inovare 2014-2020¹⁰, este afectat de riscul semnificativ de secetă în zonele mari producătoare agricole¹¹. Pentru depășirea acestei probleme sunt necesare soluții inovatoare din partea sistemului CDI, atât în ceea ce privește optimizarea utilizării bioresurselor, cu evitarea conflictului „hrană vs. (bio)chimicale / (bio)energie“, cât și în ceea ce privește dezvoltarea unor noi metode și mijloace pentru asigurarea unor producții agricole sigure și stabile. Valorificarea în cascadă a sub-produselor din lanțurile valorice ale bioeconomiei, în special a celor din agricultură și industrie alimentară, reprezintă una din soluțiile la problema sustenabilității.

O abordarea inovativă, care reprezintă una din prioritățile cercetării în chimie, este dezvoltarea procedeelor de conversie integrate și interconectate. Co/sub-produsul unui procedeu de „chimie verde“, aplicat în primele etape ale unui co/sub-produs agro-industrial inițial, devine materie primă pentru un alt procedeu (bio)chimic– simbioză industrială. De ex. materialul vegetal extras, rezultat după extracția intensificată/eco-eficientă din co/sub-produsele agro-industriale a componentelor bioactive devine materie primă pentru recuperarea biopolimerilor, inclusiv a nano-celulozei vegetale, printr-un alt procedeu (bio)chimic. Produsul rezultat prin aplicarea unui procedeu biotehnologic asupra unui co/sub-produs agro-industrial inițial este materie primă pentru un alt procedeu. Compușii bioactivi sunt utilizați pentru compoziții cu biodisponibilitate controlată. Pentru controlarea bio-disponibilității sunt folosiți biopolimeri cu caracteristici de adsorbție specifice, ca de ex. (gluco)manani din peretele celular al drojdiilor. Din biopolimeri solubili și nano-celuloză se obțin: bioplastice biodegradabile (ambalaje hidrosolubile/bio-degradabile, obiecte din plastic cu probabilitate mare de a ajunge în mediu, ca de ex. linguri oscilante de pescuit/ năluci); noi tipuri de (bio)senzori/matrici pentru bio-diagnoză, produse inclusiv prin printare 3D; formulări „inteligente“, care răspund specific la factorii de mediu. Hidrolizatele proteice și acizii humici, obținuți ca subproduse în diferitele etape de conversie, sunt combinați în diferite formule de biostimulanți pentru plante. (Biostimulanții pentru plante ameliorează răspunsul plantelor de cultură la stresurile biotice și abiotice și au un rol semnificativ în adaptarea la prezentele schimbări climatice.)

Un alt exemplu ilustrativ al unei priorități de cercetare din chimie, în directă legătură cu sub-domeniul de specializare inteligentă bio-economic 1.2. Bioenergie – biogaz, biomasă, biocombustibil este cel al sistemelor integrate digestoare anaerobe – fotobioreactoare. Prin astfel de sisteme integrate, biogazul, care conține aproape 50% CO2, este purificat, cu valorificarea subprodusului bioxid de carbon, prin transformare în biomasă algală – sursă de proteine, uleiuri și fitonutrienți.

Eco-nano-tehnologiile și materialele avansate
Cercetarea din chimie are un rol important și în domeniul de specializare inteligentă 4. Eco-nano-tehnologii și materiale avansate. Un sub-domeniu de specializare inteligentă care reprezintă o prioritate este 4.4.2 Materiale polimerice, nanomateriale, nanotehnologii. Noile materiale cu proprietăți superhidrofobe și/sau de auto-curățare, ca și materialele cu capacitate de auto-reparare sau fono-termoabsorbante, au aplicații în industria auto și în cea a construcțiilor de locuințe. Materialele care răspund specific la factorii de mediu au utilizări pentru noi tipuri de senzori sau pentru condiționări „smart“ ale substanțelor bio-active (medicamente), cu eliberare controlată de factori specifici zonei-țintă. Nanocompozitele polimerice cu proprietăți electrice/magnetice au aplicații în telecomunicații sau în procedeele de separare magnetică.