BIOPLAST: HUR DE PRODUCERAS, TYPER, FÖRDELAR, NACKDELAR - MILJÖ

De bioplaster är vilka som helst formbart material baserat på polymerer av petrokemiskt ursprung eller biomassa som är biologiskt nedbrytbara. I likhet med traditionell plast syntetiserad från petroleum kan dessa formas till olika föremål.

Beroende på deras ursprung kan bioplast erhållas från biomassa (biobas) eller vara av petrokemiskt ursprung. Beroende på deras nedbrytningsnivå finns det å andra sidan biologiskt nedbrytbara och icke-biologiskt nedbrytbara bioplaster.

Bestick av biologiskt nedbrytbart stärkelsepolyester. Källa: Scott Bauer

Ökningen av bioplast uppstår som svar på de besvär som genereras av konventionell plast. Dessa inkluderar ansamling av icke-biologiskt nedbrytbart plast i haven och deponierna.

Å andra sidan har konventionell plast ett högt kolavtryck och ett högt innehåll av giftiga element. Däremot har bioplast flera fördelar eftersom de inte ger giftiga element och i allmänhet är biologiskt nedbrytbara och återvinningsbara.

Bland de största nackdelarna med bioplast är deras höga produktionskostnader och lägre resistens. Dessutom är några av de råvaror som används potentiella livsmedel, vilket utgör ett ekonomiskt och etiskt problem.

Några exempel på bioplastiska föremål är biologiskt nedbrytbara väskor samt fordons- och mobiltelefondelar.

Egenskaper för bioplast

Bioplasters ekonomiska och miljömässiga betydelse

Olika utilitaristiska föremål gjorda med bioplast. Källa: Hwaja Götz, via Wikimedia Commons

Nyligen har det varit ett större vetenskapligt och industriellt intresse för att producera plast från förnybara råvaror och som är biologiskt nedbrytbara.

Detta beror på att världens oljereserver tappas och det finns en större medvetenhet om den allvarliga miljöskada som orsakats av petroplast.

Med en växande efterfrågan på plast på världsmarknaden ökar också efterfrågan på biologiskt nedbrytbart plast.

bionedbrytbarhet

Biologiskt nedbrytbart bioplastavfall kan behandlas som organiskt, snabbt nedbrytande och icke-förorenande avfall. Till exempel kan de användas som markändringar i kompostering, eftersom de naturligt återvinns med biologiska processer.

Bioplast med otaliga kommersiella användningar. Källa: F. Kesselring, FKuR Willich, via Wikimedia Commons

Begränsningar av bioplast

Tillverkningen av biologiskt nedbrytbar bioplast står inför stora utmaningar, eftersom bioplast har sämre egenskaper för petroplast och deras användning, även om de växer, är begränsad.

Förbättring av bioplastiks egenskaper

För att förbättra bioplastens egenskaper utvecklas biopolymerblandningar med olika typer av tillsatser, såsom kolananorör och kemiskt modifierade naturliga fibrer.

I allmänhet förbättrar tillsatser som appliceras på bioplast egenskaper såsom:

Stelhet och mekanisk motstånd.
Barriäregenskaper mot gaser och vatten.
Termoresistans och termostabilitet.

Dessa egenskaper kan konstrueras till bioplasten genom kemisk beredning och bearbetningsmetoder.

Hur produceras bioplast?

Bioplast för förpackningar av termoplaststärkelse. Källa: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

-Kortfattad bakgrund

Bioplastics föregår konventionell syntetisk plast från petroleum. Användningen av polymerer av växt- eller djurämnen för att producera plastmaterial går tillbaka till 1700-talet med användning av naturgummi (latex från Hevea brasiliensis).

Den första bioplasten, även om den inte fick det namnet, utvecklades 1869 av John Wesley Hyatt Jr., som producerade en plast härrörande från bomullscellulosa som ersättning för elfenben. På samma sätt, i slutet av 1800-talet, användes kasein från mjölk för produktion av bioplast.

På 1940-talet undersökte Ford-företaget alternativ för användning av vegetabiliska råvaror för att göra delar till sina bilar. Den här forskningsgränsen drevs av begränsningar i användningen av stål under kriget.

Som ett resultat av detta utvecklade företaget under 1941 en bilmodell med en karosseri tillverkad av främst sojaderivat. Efter att kriget avslutades fortsatte emellertid detta initiativ inte.

År 1947 producerades den första tekniska bioplasten, Polyamid 11 (Rilsan som ett varumärke). Senare, på 90-talet, framkom PLA (polymjölksyra), PHA (polyhydroxialkanoater) och mjukgjorda stärkelser.

-Råmaterial

Biobaserad bioplast är de som är tillverkade av växtbiomassa. De tre grundläggande råvarukällorna för biobas är följande.

Naturliga polymerer av biomassa

Naturliga polymerer tillverkade direkt av växter, såsom stärkelse eller socker, kan användas. Till exempel är "Potatisplast" en biologiskt nedbrytbar bioplast tillverkad av potatisstärkelse.

Polymerer syntetiserade från biomassa-monomerer

Ett andra alternativ är att syntetisera polymerer från monomerer extraherade från växt- eller djurkällor. Skillnaden mellan denna väg och den tidigare är att en mellanliggande kemisk syntes krävs här.

Till exempel produceras Bio-PE eller grön polyeten från etanol erhållen från sockerrör.

Bioplast kan också framställas från animaliska källor såsom glykosaminoglykaner (GAG), som är äggskalproteiner. Fördelen med detta protein är att det gör det möjligt att erhålla mer resistent bioplast.

Bioteknik baserad på bakteriekulturer

Ett annat sätt att producera polymerer för bioplast är genom bioteknik genom bakteriekulturer. På det sättet syntetiserar och lagrar många bakterier polymerer som kan extraheras och bearbetas.

För detta odlas bakterierna massivt i lämpliga odlingsmedier och behandlas sedan för att rena den specifika polymeren. Exempelvis syntetiseras PHA (polyhydroxialkanoater) av olika bakteriegener som växer i ett medium med överskott av kol och utan kväve eller fosfor.

Bakterier lagrar polymeren i form av granuler i cytoplasma, som extraheras genom bearbetning av bakteriemassorna. Ett annat exempel är PHBV (PolyhydroxyButylValerate), som erhålls från bakterier som matas med socker erhållna från växtrester.

Den största begränsningen av den bioplast som erhållits på detta sätt är produktionskostnaderna, främst på grund av de kulturmedier som krävs.

Kombination av naturlig polymer och bioteknologisk polymer

Ohio University utvecklade en ganska stark bioplast genom att kombinera naturgummi med PHBV bioplast, organisk peroxid och trimetylolpropantriakrylat (TMPTA).

-Produktionsprocess

Bioplast erhålls genom olika processer, beroende på råmaterialet och önskade egenskaper. Bioplast kan erhållas genom elementära processer eller mer komplexa industriella processer.

Grundläggande process

Det kan göras matlagning och gjutning vid användning av naturliga polymerer, såsom stärkelse eller majs eller potatisstärkelse.

Således är ett elementärt recept för att producera en bioplast att blanda majsstärkelse eller potatisstärkelse med vatten och tillsätta glycerin. Därefter kokas denna blandning tills den förtjockas, formas och får torka.

Processer med medel komplexitet

När det gäller bioplast som framställts med polymerer syntetiserade från biomassa-monomerer är processerna något mer komplexa.

Till exempel kräver Bio-PE erhållet från sockerröretanol en serie steg. Det första är att extrahera sockret från sockerröret för att få etanol genom jäsning och destillation.

Sedan dehydratiseras etanolen och eten erhålles, som måste polymeriseras. Slutligen tillverkas föremål med hjälp av termoformningsmaskiner baserat på denna bioplast.

Komplexa och dyrare processer

När man hänvisar till bioplast som framställts av polymerer erhållna genom bioteknik ökar komplexiteten och kostnaderna. Detta beror på att bakteriekulturer är involverade som kräver specifika odlingsmedier och tillväxtförhållanden.

Denna process bygger på det faktum att vissa bakterier producerar naturliga polymerer som de kan lagra inuti. Därför, med början med lämpliga näringselement, odlas och bearbetas dessa mikroorganismer för att extrahera polymererna.

Bioplast kan också tillverkas av vissa alger, till exempel Botryococcus braunii. Dessa mikroalger kan producera och till och med utsöndra kolväten i miljön, från vilken bränslen eller bioplast erhålls.

-Tillverkning av produkter baserade på bioplast

Den grundläggande principen är formningen av föremålet, tack vare plastens egenskaper hos denna förening med användning av tryck och värme. Bearbetningen sker genom strängsprutning, injektion, injektion och blåsning, förformblåsning och termoformning och slutligen utsätts den för kylning.

typer

Förpackning tillverkad av cellulosaacetat. Källa: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

Tillvägagångssätten för klassificering av bioplast är olika och är inte utan kontroverser. Hur som helst är kriterierna som används för att definiera de olika typerna ursprung och nedbrytningsnivå.

-Ursprung

Enligt ett allmänt tillvägagångssätt kan bioplast klassificeras efter deras ursprung som biobaserat eller icke-biobaserat. I det första fallet erhålles polymererna från växt-, djur- eller bakteriebiomassa och är därför förnybara resurser.

Å andra sidan är icke-baserad bioplast de som produceras med polymerer syntetiserade av olja. Men eftersom de kommer från en icke-förnybar resurs, anser vissa specialister att de inte bör behandlas som bioplast.

-Nivå för sönderdelning

Beträffande nedbrytningsnivån kan bioplast vara biologiskt nedbrytbart eller inte. De biologiskt nedbrytbara sönderdelas under relativt korta tidsperioder (dagar till några månader) när de utsätts för lämpliga förhållanden.

Icke-biologiskt nedbrytbar bioplast uppför sig som konventionella plast av petrokemiskt ursprung. I detta fall mäts sönderfallsperioden i årtionden och till och med århundraden.

Det finns också kontroverser angående detta kriterium, eftersom vissa forskare anser att en verklig bioplast måste vara biologiskt nedbrytbar.

-Origin och biologisk nedbrytning

När de två tidigare kriterierna kombineras (ursprung och nedbrytningsnivå) kan bioplast klassificeras i tre grupper:

Kommer från förnybara råvaror (biobaserade) och biologiskt nedbrytbara.
De erhållna från förnybara råvaror (biobaserade), men är inte biologiskt nedbrytbara.
Erhålls från råmaterial av petrokemiskt ursprung, men som är biologiskt nedbrytbara.

Det är viktigt att notera att för att betrakta en polymer som bioplast måste den komma in i en av dessa tre kombinationer.

Bioproduktbaserad-bionedbrytbar

Bland de biobaserade och biologiskt nedbrytbara bioplasterna har vi polymjölksyra (PLA) och polyhydroxialkanoat (PHA). PLA är en av de mest använda bioplastema och erhålls främst från majs.

Denna bioplast har liknande egenskaper som polyetylentereftalat (PET, en konventionell plast av polyestertyp), även om den är mindre motståndskraftig mot höga temperaturer.

PHA har för sin del variabla egenskaper beroende på den specifika polymer som utgör den. Det erhålls från växtceller eller genom bioteknik från bakteriekulturer.

Dessa bioplaster är mycket känsliga för bearbetningsförhållanden och deras kostnader är upp till tio gånger högre än konventionell plast.

Ett annat exempel på denna kategori är PHBV (PolyhydroxyButylValerate), som erhålls från växtrester.

Biobaserade-non-nedbrytbart

I denna grupp har vi bio-polyeten (BIO-PE), med egenskaper liknande de för konventionell polyeten. Bio-PET har för sin del egenskaper som liknar polyetylentereftalat.

Båda bioplasterna tillverkas vanligtvis från sockerrör och erhåller bioetanol som en mellanprodukt.

Bio-polyamid (PA), som är en återvinningsbar bioplast med utmärkta värmeisoleringsegenskaper, tillhör också denna kategori.

Non-bioproduktbaserad-bionedbrytbar

Bionedbrytbarhet har att göra med den kemiska strukturen hos polymeren och inte med den använda råmaterialtypen. Därför kan biologiskt nedbrytbar plast erhållas från petroleum med korrekt bearbetning.

Ett exempel på denna typ av bioplast är polykaprolaktoner (PCL), som används vid tillverkning av polyuretaner. Detta är en bioplast erhållen från petroleumderivat som polybutylensuccinat (PBS).

Fördel

Candy wrapper tillverkad av PLA (polymjölksyra). Källa: F. Kesselring, FKuR Willich

De är biologiskt nedbrytbara

Även om inte alla bioplaster är biologiskt nedbrytbara, är sanningen att för många människor är detta deras grundläggande kännetecken. Faktum är att sökandet efter den egenskapen är en av de grundläggande motorerna i bioplastbom.

Konventionella petroleumbaserade och icke-biologiskt nedbrytbara plast tar hundratals och till och med tusentals år att bryta ner. Denna situation representerar ett allvarligt problem eftersom deponier och hav fylls med plast.

Av detta skäl är biologiskt nedbrytbarhet en mycket relevant fördel eftersom dessa material kan sönderdelas på veckor, månader eller några år.

De förorenar inte miljön

Eftersom det är biologiskt nedbrytbara material, slutar bioplast att ta upp utrymme som skräp. Dessutom har de den ytterligare fördelen att de i de flesta fall inte innehåller giftiga element som de kan släppa ut i miljön.

De har ett lägre kolavtryck

Både i bioplastproduktionsprocessen, som i deras sönderdelning, frigörs mindre koldioxid än för konventionell plast. I många fall släpper de inte metan eller gör de i låga mängder och har därför liten påverkan på växthuseffekten.

Till exempel reducerar bioplast tillverkad av etanol från sockerrör koldioxidutsläppen med upp till 75% jämfört med de som kommer från petroleum.

Säkrare att bära mat och dryck

Generellt sett används inga toxiska ämnen vid utarbetandet och sammansättningen av bioplast. Därför representerar de mindre risk för kontaminering för maten eller dryckerna i dem.

Till skillnad från konventionell plast som kan producera dioxiner och andra förorenande komponenter, är biobaserad bioplast oskadlig.

nackdelar

Nackdelarna är främst relaterade till den typ av bioplast som används. Bland annat har vi följande.

Mindre motstånd

En begränsning som de flesta bioplaster har jämfört med konventionell plast är deras lägre motstånd. Men den här egenskapen är vad som är förknippat med dess förmåga att biologiskt nedbrytas.

Högre kostnad

I vissa fall är råvarorna som används för produktion av bioplast dyrare än de från petroleum.

Å andra sidan innebär produktion av vissa bioplaster högre bearbetningskostnader. I synnerhet är dessa produktionskostnader högre i de som produceras genom bioteknologiska processer, inklusive massodling av bakterier.

Användningskonflikt

Bioplast tillverkad av matråvaror konkurrerar med människans behov. Eftersom det är mer lönsamt att ägna grödor till produktion av bioplast, tas dessa bort från livsmedelsproduktionskretsen.

Denna nackdel gäller emellertid inte de bioplaster som erhållits från oätbart avfall. Bland dessa avfall har vi grödrester, oätbara alger, lignin, äggskal eller exoskeletter med hummer.

De är inte lätta att återvinna

PLA-bioplast liknar mycket konventionell PET (polyetylentereftalat) plast, men den är inte återvinningsbar. Därför, om båda typerna av plast blandas i en återvinningsbehållare, kan detta innehåll inte återvinnas.

I detta avseende finns det rädsla för att den ökande användningen av PLA skulle kunna hindra befintliga ansträngningar för att återvinna plast.

Exempel och deras användning av produkter producerade med bioplast

Vinbehållare tillverkad med bioplast från jordbruksavfall och mycelia. Källa: Mycobond

-Tillgängliga eller engångsföremål

De saker som genererar mest avfall är behållare, omslag, tallrikar och bestick kopplade till snabbmat och shoppingkassar. Därför spelar biologiskt nedbrytbart bioplast inom detta område en relevant roll.

Av denna anledning har olika produkter baserade på bioplast utvecklats för att påverka minskningen av avfallsgenerering. Vi har bland annat den biologiskt nedbrytbara påsen tillverkad med Ecovio från BASF eller plastflaskan tillverkad av PLA erhållen från majs av Safiplast i Spanien.

Vattenkapslar

Ooho-företaget skapade biologiskt nedbrytbara kapslar från tång med vatten istället för traditionella flaskor. Detta förslag har varit mycket innovativt och framgångsrikt och har redan testats i London maraton.

jordbruk

I vissa grödor som jordgubbar är det vanligt att täcka marken med ett plastark för att kontrollera ogräs och undvika frysning. I detta avseende har bioplastisk stoppning såsom Agrobiofilm utvecklats för att ersätta konventionell plast.

-Objekt för hållbara applikationer

Användningen av bioplast är inte begränsad till föremål för användning och bortskaffande utan kan användas i mer hållbara föremål. Zoë b Organics företag tillverkar till exempel strandleksaker.

Komplexa utrustningskomponenter

Toyota använder bioplast i vissa bildelar, till exempel komponenter för luftkonditioneringsapparater och kontrollpaneler. För detta använder den bioplast såsom Bio-PET och PLA.

För sin del använder Fujitsu bioplast för att göra datormöss och tangentborddelar. För Samsung-företaget har vissa mobiltelefoner höljen till stor del av bioplast.

-Konstruktion och civilingenjör

Stärkelsebioplast har använts som byggnadsmaterial och nanofiberförstärkt bioplast i elektriska installationer.

Dessutom har de använts för tillverkning av bioplastmöbelträ, som inte attackeras av xylofagösa insekter och inte ruttnar med fukt.

- Farmaceutiska tillämpningar

De har tillverkats med bioplastkapslar som innehåller läkemedel och läkemedelsfordon som släpps långsamt. Således regleras biotillgängligheten för läkemedel över tiden (den dos som patienten får under en given tid).

-Medical applikationer

Cellulosabioplastik som är tillämplig i implantat, vävnadsteknologi, kitin och kitosanbioplast har tillverkats för sårskydd, benvävnadsteknik och förnyelse av människors hud.

Cellulosabioplast har också tillverkats för biosensorer, blandningar med hydroxiapatit för tillverkning av tandimplantat, bioplastfibrer i katetrar, bland andra.

-Loft, sjö- och landtransport och industri

Stela skum baserade på vegetabiliska oljor (bioplast) har använts, både i industriella och transportanordningar; bildelar och flyg- och rymddelar.

Elektroniska komponenter i mobiltelefoner, datorer, ljud- och videoenheter har också producerats av bioplast.

-Jordbruk

Bioplastiska hydrogeler, som absorberar och kvarhåller vatten och kan släppa ut det långsamt, är användbara som skyddande filtar för den odlade marken, bibehåller dess fuktighet och gynnar tillväxten av jordbruksplantor i torra regioner och under låga regnperioder.

referenser

Álvarez da Silva L (2016). Bioplast: erhållande och applikationer av polyhydroxialkanoater. Farmaceutiska fakulteten, Sevilla universitet. Examen i farmaci. 36 sid.
Bezirhan-Arikan E och H Duygu-Ozsoy (2015). En recension: Undersökning av bioplast. Journal of Civil Engineering and Architecture 9: 188-192. De Almeida A, JA Ruiz, NI López och MJ Pettinari (2004). Bioplast: ett ekologiskt alternativ. Living Chemistry, 3 (3): 122-133.
El-Kadi S (2010). Bioplastproduktion från billiga källor. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Dr. Müller Publishing, Berlin, Tyskland. 145 sid.
Labeaga-Viteri A (2018). Bionedbrytbara polymerer. Betydelse och potentiella applikationer. Nationella universitetet för distansutbildning. Naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för oorganisk kemi och kemiteknik. Masterexamen i kemisk vetenskap och teknologi. 50 sid.
Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia och AK Mohanty (2013). Biobaserad plast och bionanokompositer: Aktuell status och framtida möjligheter. Prog. Polym. Sci. 38: 1653-1689.
Satish K (2017). Bioplastics - klassificering, produktion och deras potentiella livsmedelsapplikationer. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.

BIOPLAST: HUR DE PRODUCERAS, TYPER, FÖRDELAR, NACKDELAR - MILJÖ - 2024