Biotworzywa przyszłością przemysłu – czy tworzywa biodegradowalne zastąpią plastik?

260

Tworzywa sztuczne stanowią obecnie nieodłączny element otaczającego nas świata. Ze względu na swoje właściwości, czyli relatywnie niski koszt wytworzenia oraz łatwość przetwarzania, towarzyszą nam praktycznie we wszystkich obszarach życia codziennego i techniki. Znajdujemy je niemal wszędzie – w artykułach gospodarstwa domowego, sprzęcie sportowym, produktach biurowych, elektronice czy chociażby opakowaniach. Bez nowoczesnych tworzyw sztucznych nie byłby również możliwy tak duży rozwój w branży motoryzacyjnej, przemyśle lotniczym, kosmicznym czy medycynie.

Większość tworzyw sztucznych powstaje w wyniku przerobu podstawowego surowca nieodnawialnego – ropy naftowej – i nie są biodegradowalne, co jest ich absolutnie kluczową wadą. Badania wskazują, że 75% tworzyw sztucznych, które zostały wprowadzone na rynek od chwili rozpoczęcia ich produkcji, stało się już odpadem. To 6,3 miliarda ton, z których mniej niż 10% zostało poddanych recyklingowi, a 12% odzyskowi energetycznemu. Oznacza to, że około 5 miliardów ton tworzyw sztucznych jest gromadzonych na składowiskach, ale także zalega w lasach, wodach, plażach i na nielegalnych wysypiskach rozsianych po całym świecie. Właśnie te odpady, które zalegają w środowisku morskim, mają największy wpływ na środowisko naturalne i człowieka.

Ze względu na narastający problem z zagospodarowaniem odpadów z tworzyw sztucznych prowadzone są badania w celu opracowania nowych biodegradowalnych materiałów polimerowych, potocznie określanych jako biotworzywa. Czym dokładnie są tworzywa biodegradowalne? Czy mają one szansę zastąpić w przyszłości szkodliwy dla środowiska plastik? Wszystkie najważniejsze informacje dotyczące biotworzyw zostaną przedstawione poniżej:

Biotworzywa – co to jest?

Biotworzywa to potoczna nazwa biodegradowalnych materiałów polimerowych, które mogą mieć różne źródło pochodzenia i zdolność do biodegradacji czy kompostowania. Jednak Obierki owoców i warzyw w biodegradowalnym kubku właściwa interpretacja tego pojęcia jest dużo szersza, co niestety może być mylące dla konsumentów. Definicja, której się najczęściej używa, określa biotworzywa jako tworzywa biodegradowalne i/lub tworzywa z odnawialnych źródeł. Definicja ta jest stosowana w przemyśle i wskazuje, że biotworzywa niekoniecznie podlegają kompostowaniu. Zgodnie z tą definicją, biotworzywa obejmują również tworzywa, które nie są biodegradowalne, ale które są wytwarzane z odnawialnych zasobów.

Istotne jest to, iż niezależnie od tego, jakie jest pochodzenie surowców, z których są wykonane (bio czy konwencjonalne), mają właściwości takie same, jak analogiczne tworzywa wytworzone z ropy naftowej. W tym przypadku odróżnienie pochodzenia tworzywa (konwencjonalne czy biopochodne) jest możliwe jedynie przy zastosowaniu specjalnych metod badawczych. Jednak główne biotworzywa to tworzywa oparte zarówno na surowcach organicznych, jak i podlegające naturalnym procesom rozkładu organicznego, w tym kompostowaniu.

Czym jest biodegradacja?

Biodegradacja to proces rozkładu materiału polimerowego pod wpływem czynników biotycznych (żyjących). Proces biodegradacji polega na tym, że organizmy, głównie mikroorganizmy (bakterie, grzyby i algi), identyfikują polimer jako źródło organiczne (na przykład cukry proste czy aminokwasy) oraz źródło energii, której potrzebują do życia. Czyli biodegradowalne polimery stanowią pożywienie dla mikroorganizmów które powodują podział łańcucha polimerowego.

Proces ten może się odbywać pod wpływem różnych enzymów i stopniowo prowadzi do równoległej produkcji energii i kończy się na przetwarzaniu na wodę, dwutlenek węgla, biomasę oraz inne produkty konwersji biologicznej. Charakterystyczną cechą produktów rozkładu jest to, że nie są one toksyczne i występują dość często w środowisku naturalnym, jak również w żyjących organizmach. I tym sposobem sztuczny materiał (taki jak biotworzywo) jest w ten sposób przetwarzany na elementy, które normalnie występują w przyrodzie.

Rodzaje biotworzyw

Biotworzywa można podzielić na trzy grupy w zależności od źródła pochodzenia oraz Kosz na produkty biodegradowalne zdolności do biodegradacji. Są nimi:

  • Tworzywa, które pochodzą z surowców odnawialnych, lecz nie ulegają biodegradacji – takie jak poliamid (PA) czy politereftalan etylu (PET)
  • Biotworzywa, które ulegają biodegradacji, lecz nie pochodzą z surowców odnawialnych – takie jak polikaprolakton (PCL)
  • Biotworzywa, które pochodzą z surowców odnawialnych (polimerów biodegradowalnych) i ulegają biodegradacji – takie jak polilaktyd, czyli tworzywo na bazie polikwasu mlekowego (PLA), poliglikolid na bazie kwasu glikolowego (PGA) czy też modyfikowana skrobia

PLA – najważniejsze biotworzywo

Wśród wymienionych materiałów dominującą rolę odgrywa PLA (polilaktyd), który ilościowo stanowi około 40% wszystkich polimerów biodegradowalnych. Często nazywany jest podwójnie zielonym, ponieważ jest zarówno biodegradowalny, jak i otrzymywany z surowców odnawialnych. Polilaktyd to polimer o właściwościach zbliżonych do polistyrenu, gdyż jest sztywny i kruchy. Charakteryzuje się temperaturą zeszklenia około 57 stopni Celsjusza i temperaturą topnienia w zakresie 170-180°C. Wykazuje także dobre właściwości wytrzymałościowe.

Zastosowania biotworzyw

Medycyna i inżynieria tkankowa

Grupa biotworzyw opartych na polimerach biodegradowalnych znalazła zastosowanie głównie w dwóch obszarach. Pierwszy z nich – wysokospecjalistyczny, to gałąź medycyny i inżynierii tkankowej, gdzie biotworzywa wykorzystywane są do produkcji takich elementów, jak:

  • Bioresorbowalne nici chirurgiczne
  • Klamry
  • Klipsy
  • Implanty
  • Kapsułki do kontrolowanego dozowania leków

Przemysł opakowaniowy

Drugi związany jest z produkcją biotworzyw na masową skalę do wytwarzania: Segregacja plastików i biotworzyw

  • Opakowań
  • Folii dedykowanych do produktów spożywczych
  • Folii do termoformowania
  • Toreb na odpady
  • Tacek
  • Kubków
  • Butelek
  • Sztućców
  • Folii ogrodniczych
  • Produktów jednorazowego użytku
  • Elementów wyposażenia wnętrz
  • Materiałów do powlekania papieru
  • Materiałów do drukowania

Zastąpienie opakowań produkowanych z konwencjonalnych tworzyw sztucznych przez biodegradowalne zamienniki wpisuje się w trend gospodarki zrównoważonego rozwoju i redukcji odpadów.

Wady biotworzyw

Pomimo wielu niezaprzeczalnych zalet, należy pamiętać, że biodegradowalne materiały polimerowe mają także wady, które limitują ich powszechne zastosowanie. Z tego względu ustępują one nadal w wielu zastosowaniach ich odpowiednikom, które nie ulegają biodegradacji.

Wysokie koszty

Przede wszystkim biodegradowalne tworzywa są wyraźnie droższe od obecnie występujących na rynku, co wynika z niedużej skali produkcji, ale również ze stopnia jej skomplikowania. W przypadku produkcji tworzyw sztucznych z ropy naftowej mamy do czynienia z rafinowanym, bardzo czystym surowcem do produkcji tworzyw. W produkcji biotworzyw wyjściowy surowiec naturalny trzeba najczęściej poddać dużej liczbie procesów.

Warto jednak podkreślić, że ich cena stale maleje. Przewiduje się, że w najbliższych latach może zrównać się z ceną klasycznych tworzyw polimerowych pochodzenia petrochemicznego.

Słabsze właściwości mechaniczne

Niestety, wiele biotworzyw ustępuje konwencjonalnym tworzywom również pod względem właściwości mechanicznych. Oznacza to, że niektóre biotworzywa są zbyt kruche lub sztywne albo mają za małą wytrzymałość na rozciąganie.

Brak odpowiednich właściwości barierowych i uleganie częściowej degradacji

Z uwagi na częste wykorzystywanie tych materiałów do wytwarzania opakowań produktów spożywczych od biotworzyw wymaga się również odpowiednich właściwości barierowych. Są one istotne ze względu na przenikalność tlenu, dwutlenku węgla i pary wodnej, które mogą niekorzystnie wpływać na zapakowany produkt. Ponadto, z uwagi na wrażliwość polimerów biodegradowalnych na ciepło, wilgotność i naprężenia ścinające są one bardziej wymagające w procesie przetwórczym niż ich nie biodegradowalne odpowiedniki. Z tych względów biotworzywa mogą ulegać częściowej degradacji już na etapie procesu przetwórczego.

Wymienione wady biodegradowalnych materiałów polimerowych stanowią podstawę prowadzenia prac badawczych w zakresie poprawy ich właściwości lub ograniczenia występujących niekorzystnych cech użytkowych.

Czy biotworzywa zastąpią plastik?

Rynek biotworzyw bardzo szybko się rozwija, a cały czas rozpościerają się przed nim, Opakowania ulegające biodegradacji niezwykle optymistyczne perspektywy. Jest to szczególnie widoczne w ostatnich latach, z powodu wzrastającej świadomości konsumentów dotyczącej negatywnego wpływu tworzyw sztucznych na środowisko. Świadomi konsumenci coraz częściej z premedytacją sięgają po ekologiczne zamienniki opakowań i produktów jednorazowych wykonanych z konwencjonalnych tworzyw sztucznych. Zwiększa to zapotrzebowanie rynku na różnego rodzaju elementy wykonane z biotworzyw, takie jak pojemniki czy sztućce wykonane z PLA.

Wydaje się jednak, iż patrząc realnie, w najbliższej przyszłości nie będzie możliwym zrezygnowanie z tworzyw konwencjonalnych. Aczkolwiek, nie zmienia to faktu, że cały świat – a zwłaszcza Unia Europejska – dąży do tego, aby tworzywa biodegradowalne były używane absolutnie wszędzie, gdzie tylko to możliwe. Już dziś biotworzywa stanowią idealne opakowanie dla żywności świeżej, opatrzonej krótkim terminem ważności produktu, takiej jak świeżo wyciskane soki. A lata największego rozwoju rynku biotworzyw są jeszcze z całą pewnością przed nami.

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments