Пластмаси на биологична основа: Полимери, получени от растения, за устойчиво бъдеще

Глобалното търсене на пластмаси непрекъснато се увеличава, което води до значителни екологични проблеми. Конвенционалните пластмаси, произведени основно от изкопаеми горива, допринасят за емисиите на парникови газове, изчерпването на ресурсите и постоянните замърсявания. В отговор на тези предизвикателства, пластмасите на биологична основа, получени от възобновяеми източници на биомаса, се очертаха като обещаваща алтернатива. Това изчерпателно ръководство изследва света на пластмасите на биологична основа, като разглежда техните видове, ползи, предизвикателства, приложения и бъдещи перспективи за създаване на по-устойчиво бъдеще.

Какво представляват пластмасите на биологична основа?

Пластмасите на биологична основа, известни също като биопластмаси (въпреки че този термин може да включва и биоразградими пластмаси), са пластмаси, получени изцяло или отчасти от възобновяеми източници на биомаса като царевично нишесте, захарна тръстика, растителни масла и целулоза. Тези материали предлагат потенциален начин за намаляване на зависимостта ни от изкопаеми горива и минимизиране на въздействието върху околната среда, свързано с производството и изхвърлянето на пластмаси.

От решаващо значение е да се прави разлика между „на биологична основа“ и „биоразградим“. Пластмасата може да бъде на биологична основа, без да е биоразградима, и обратно. Някои пластмаси на биологична основа са химически идентични с конвенционалните пластмаси (напр. полиетилен на биологична основа), докато други притежават уникални свойства.

Видове пластмаси на биологична основа

Пластмасите на биологична основа обхващат разнообразна гама от материали, всеки със своите уникални свойства и приложения. Ето някои от най-често срещаните видове:

1. Полимлечна киселина (PLA)

PLA е една от най-широко използваните пластмаси на биологична основа, получена от ферментирало растително нишесте, като царевица, захарна тръстика или маниока. Тя е биоразградима при специфични условия на компостиране и обикновено се използва в опаковки, изделия за хранителни услуги (чаши, прибори за хранене) и текстил. PLA предлага добра якост на опън и е подходяща за приложения, при които биоразградимостта е ключово изискване. Например, в Италия, PLA често се използва в земеделски мулч филми, които се разлагат директно в почвата след употреба.

2. Смеси от нишесте

Смесите от нишесте се правят чрез комбиниране на нишесте (обикновено от царевица, картофи или тапиока) с други полимери, или на биологична основа, или на изкопаема основа. Пропорцията на нишестето може да варира, като влияе върху биоразградимостта и механичните свойства на материала. Смесите от нишесте се използват в приложения като опаковки за насипни пълнежи, пазарски чанти и селскостопански филми. В някои страни от Югоизточна Азия, нишестето от тапиока се използва все повече като основа за производство на биопластмаси.

3. Полихидроксиалканоати (PHA)

PHA са семейство полиестери, произведени от микроорганизми чрез процеси на ферментация. Те са биоразградими в различни среди, включително почва и морска среда, което ги прави особено привлекателна опция за приложения, при които управлението на края на живота е предизвикателство. PHA могат да бъдат адаптирани да имат широк спектър от свойства, от твърди до гъвкави, разширявайки техните потенциални приложения. Текат усилия за научни изследвания и разработки за подобряване на рентабилността на производството на PHA.

4. Пластмаси на основата на целулоза

Целулозата, основният структурен компонент на клетъчните стени на растенията, е изобилен и възобновяем ресурс. Пластмасите на основата на целулоза се правят от преработена целулоза, често под формата на целулозен ацетат или целулозни производни. Тези материали се използват в приложения като филми, влакна и формовани продукти. Примерите включват рамки за очила, текстилни влакна (вискоза) и цигарени филтри. В Бразилия се проучват изследвания за използването на целулоза от багаса от захарна тръстика (влакнестият остатък след екстракция на сок) за производство на пластмаси на биологична основа.

5. Политетилен (PE) на биологична основа

Полиетиленът на биологична основа е химически идентичен с конвенционалния полиетилен, но е получен от възобновяеми източници като захарна тръстика или царевица. Може да се използва в същите приложения като конвенционалния PE, като опаковъчни филми, бутилки и контейнери. Значително предимство на PE на биологична основа е, че може да се рециклира в рамките на съществуващите потоци за рециклиране на PE, улеснявайки неговата интеграция в кръговата икономика. Бразилия е водещ производител на полиетилен на биологична основа от захарна тръстика.

6. Полиетилен терефталат (PET) на биологична основа

Подобно на PE на биологична основа, PET на биологична основа е химически идентичен с конвенционалния PET, но е получен от възобновяеми източници. Използва се в бутилки за напитки, опаковки за храни и текстил. PET на биологична основа може да се рециклира чрез съществуващата инфраструктура за рециклиране на PET. The Coca-Cola Company, например, използва PET на биологична основа в своите опаковки PlantBottle.

Ползи от пластмасите на биологична основа

Пластмасите на биологична основа предлагат няколко потенциални предимства пред конвенционалните пластмаси:

• Намалена зависимост от изкопаемите горива: Използвайки възобновяеми източници на биомаса, пластмасите на биологична основа намаляват нашата зависимост от крайните резерви от изкопаеми горива.
• По-ниски емисии на парникови газове: Производството на пластмаси на биологична основа може да доведе до по-ниски емисии на парникови газове в сравнение с конвенционалните пластмаси, особено когато се вземе предвид целият жизнен цикъл. Въглеродът, абсорбиран от растенията по време на растежа, може да компенсира емисиите от производство и изхвърляне.
• Потенциал за биоразградимост: Някои пластмаси на биологична основа са биоразградими при специфични условия, намалявайки натрупването на пластмасови отпадъци в околната среда. Това е особено полезно за приложения, при които събирането и рециклирането са предизвикателство.
• Използване на възобновяеми ресурси: Пластмасите на биологична основа използват възобновяеми ресурси, насърчавайки устойчивото управление на ресурсите и намалявайки натиска върху природните екосистеми.
• Потенциал за кръгова икономика: Пластмасите на биологична основа, особено тези, които могат да се рециклират или компостират, могат да допринесат за кръгова икономика, като затварят цикъла и минимизират отпадъците.

Предизвикателства и ограничения на пластмасите на биологична основа

Въпреки потенциалните си ползи, пластмасите на биологична основа също са изправени пред няколко предизвикателства:

• Конкурентоспособност на разходите: Пластмасите на биологична основа често са по-скъпи за производство от конвенционалните пластмаси, което възпрепятства широкото им приемане. Необходими са икономии от мащаба и технологични постижения за намаляване на производствените разходи.
• Ограничения на производителността: Някои пластмаси на биологична основа може да нямат същите механични свойства (напр. якост, устойчивост на топлина) като конвенционалните пластмаси, ограничавайки тяхното използване в определени приложения. Текущите изследвания са насочени към подобряване на характеристиките на материалите на биологична основа.
• Съображения за използване на земя: Отглеждането на биомаса за пластмаси на биологична основа може да конкурира производството на храни и да допринесе за обезлесяване, ако не се управлява устойчиво. Устойчивите практики за снабдяване и използването на нехранителни култури са от решаващо значение за справяне с тези проблеми.
• Ограничения за биоразградимост: Не всички пластмаси на биологична основа са биоразградими и тези, които са, често изискват специфични условия на компостиране (напр. висока температура, влажност), за да се разградят ефективно. Погрешните схващания за биоразградимостта могат да доведат до неправилно изхвърляне и замърсяване на околната среда.
• Пропуски в инфраструктурата: Липсата на адекватна инфраструктура за компостиране и съоръжения за рециклиране на пластмаси на биологична основа може да възпрепятства тяхното правилно управление в края на жизнения цикъл. Необходими са инвестиции в инфраструктурата, за да се подкрепи широкото приемане на тези материали.
• Загриженост за „зелено измиване“: Терминът „биопластмаса“ понякога се използва свободно, което води до объркване сред потребителите. Ясното и точно етикетиране е от съществено значение за разграничаване на различните видове пластмаси на биологична основа и техните свойства.

Приложения на пластмасите на биологична основа

Пластмасите на биологична основа намират приложения в широк спектър от сектори:

• Опаковки: Опаковки за храни, бутилки за напитки, филми и контейнери. Примерите включват PLA тарелки за пресни продукти и филми от PE на биологична основа за опаковане на хляб.
• Хранителни услуги: Прибори за еднократна употреба, чаши, чинии и сламки. Приборите за хранене от PLA често се използват на събития и фестивали.
• Селско стопанство: Мулч филми, саксии за разсад и покрития за торове с контролирано освобождаване. Биоразградимите мулч филми, изработени от смеси от нишесте, намаляват необходимостта от ръчно отстраняване след прибиране на реколтата.
• Текстил: Облекло, килими и тапицерии. PLA влакна се използват в някои облекла и домашни текстилни изделия.
• Потребителска електроника: Корпуси за мобилни телефони, лаптопи и други електронни устройства. Някои производители проучват използването на пластмаси на биологична основа в електронни компоненти.
• Автомобили: Вътрешни части, като арматурни табла и панели на вратите. Материалите на биологична основа могат да намалят теглото на превозните средства и да подобрят горивната ефективност.
• Медицина: Шевни материали, импланти и системи за доставяне на лекарства. Биоразградимите полимери се използват в медицински приложения, където се желае контролирана деградация.
• 3D печат: PLA е популярен материал за 3D печат поради лесната му употреба и биоразградимост.

Бъдещето на пластмасите на биологична основа

Бъдещето на пластмасите на биологична основа е обещаващо, като текущите усилия за научни изследвания и разработки са фокусирани върху подобряване на тяхната производителност, намаляване на разходите им и разширяване на техните приложения. Ключовите тенденции, оформящи бъдещето на пластмасите на биологична основа, включват:

• Технологични постижения: Изследванията на нови източници на биомаса, подобрени производствени процеси и нови полимерни формулировки ще доведат до по-ефективни и рентабилни пластмаси на биологична основа.
• Подкрепа от политиката: Правителствените политики, като стимули за материали на биологична основа и регулации за пластмасите за еднократна употреба, могат да ускорят приемането на пластмаси на биологична основа. Зелената сделка на Европейския съюз, например, насърчава използването на материали на биологична основа и биоразградими пластмаси като част от стратегията за кръгова икономика.
• Осъзнатост на потребителите: Нарастващата осведоменост на потребителите за екологичните ползи от пластмасите на биологична основа ще стимулира търсенето на тези материали. Ясното и точно етикетиране е от съществено значение за информиране на потребителите и избягване на объркване.
• Сътрудничество и партньорства: Сътрудничеството между изследователи, индустрията и политиците е от решаващо значение за преодоляване на предизвикателствата и отключване на пълния потенциал на пластмасите на биологична основа.
• Устойчиви практики за снабдяване: Гарантирането, че биомасата за пластмаси на биологична основа се доставя устойчиво, е от съществено значение за минимизиране на въздействията върху околната среда. Схемите за сертифициране, като например Кръгла маса за устойчиви биоматериали (RSB), могат да помогнат за насърчаване на устойчивото снабдяване.
• Разработване на биоразградими пластмаси за специфични среди: Акцентът ще бъде върху създаването на биоразградими пластмаси, които могат да се разграждат в специфични среди (напр. морски среди), за да се реши проблемът със замърсяването на пластмасите в океаните и водните пътища.

Глобални примери за инициативи за пластмаси на биологична основа

Многобройни инициативи по целия свят насърчават разработването и приемането на пластмаси на биологична основа:

• Бразилия: Водещ производител на полиетилен на биологична основа от захарна тръстика. Braskem, бразилска петрохимическа компания, е основен играч на световния пазар на пластмаси на биологична основа.
• Европа: Стратегията за биоикономика на Европейския съюз насърчава развитието на устойчива и кръгова биоикономика, включително пластмаси на биологична основа. Няколко европейски компании разработват и произвеждат иновативни материали от пластмаси на биологична основа.
• Тайланд: Тайланд инвестира сериозно в сектора на биопластмасите. Страната има силна селскостопанска база, която подкрепя производството на пластмаси на биологична основа.
• Съединени щати: Компаниите в Съединените щати разработват широка гама от материали и приложения от пластмаси на биологична основа, от опаковки до автомобилни компоненти.
• Китай: Китай е основен потребител на пластмаси и проявява все по-голям интерес към алтернативи на биологична основа. Китайското правителство подкрепя развитието на вътрешна индустрия за пластмаси на биологична основа.

Заключение

Пластмасите на биологична основа предлагат обещаващ път към по-устойчиво бъдеще, като намаляват нашата зависимост от изкопаеми горива, намаляват емисиите на парникови газове и насърчават използването на възобновяеми ресурси. Докато остават предизвикателства по отношение на разходите, производителността и инфраструктурата, текущите изследвания, подкрепата от политиката и осведомеността на потребителите стимулират растежа на пазара на пластмаси на биологична основа. Чрез възприемане на устойчиви практики за снабдяване, инвестиране в инфраструктурата и насърчаване на ясното етикетиране, можем да отключим пълния потенциал на пластмасите на биологична основа, за да създадем кръгова икономика и да защитим нашата планета за бъдещите поколения. Тъй като технологиите напредват и производството се увеличава, пластмасите на биологична основа ще играят все по-важна роля за намаляване на нашата зависимост от традиционните, вредни за околната среда пластмаси. Потребителите, бизнеса и правителствата имат роля за насърчаване на приемането на тези иновативни материали и за принос към по-устойчиво бъдеще.