БИОПЛАСТИКА: КАКО СЕ ПРОИЗВОДЕ, ВРСТЕ, ПРЕДНОСТИ, НЕДОСТАЦИ - ЖИВОТНА СРЕДИНА - 2025

У биопластика постоје неки маллеабле материјал на бази полимера петрохемијских порекла или биомасе која су биоразградиве. Слично традиционалној пластици која се синтетише из нафте, и ова се може уливати у разне предмете.

У зависности од свог порекла, биопластика се може добити из биомасе (на бази биолошких извора) или бити петрохемијског порекла. С друге стране, у зависности од њиховог нивоа распадања, постоји биоразградива и неразградива биопластика.

Посуђе од биоразградљивог полиестера од шкроба. Извор: Сцотт Бауер

Раст биопластике настаје као одговор на непријатности које ствара конвенционална пластика. Они укључују нагомилавање не-биоразградиве пластике у оцеанима и на депонијама.

Са друге стране, конвенционална пластика има висок отисак угљеника и висок садржај токсичних елемената. Супротно томе, биопластика има неколико предности, јер не производи токсичне елементе и обично је биоразградива и рециклирана.

Међу главним недостацима биопластике спадају њихова висока цена производње и мања отпорност. Поред тога, неке од коришћених сировина потенцијалне су намирнице, што представља економски и етички проблем.

Неки примери биопластичних предмета су биоразградиве кесе као и делови возила и мобилних телефона.

Карактеристике биопластике

Економски и еколошки значај биопластике

Разни утилитаристички предмети направљени од биопластике. Извор: Хваја Готз, путем Викимедиа Цоммонса

У последње време постоји већи научни и индустријски интерес за производњу пластике из обновљивих сировина и која је биоразградива.

То је због чињенице да се светске залихе нафте троше и постоји већа свест о озбиљној штети за животну средину коју наноси петропластика.

Са порастом потражње за пластиком на светском тржишту, повећава се и потражња за биоразградивом пластиком.

Биоразградљивост

Биоразградиви отпад из биопластике може се третирати као органски, брзоразградљив и не загађујући отпад. На пример, могу се користити као додаци тла при компостирању, јер се природним путем рециклирају биолошким процесима.

Биопластика са безброј комерцијалних намена. Извор: Ф. Кесселринг, ФКуР Виллицх, путем Викимедиа Цоммонс

Ограничења биопластике

Производња биоразградиве биопластике суочава се са великим изазовима јер биопластика има слабија својства од петропластике и њихова примена, иако расте, ограничена.

Побољшање својстава биопластике

Да би се побољшала својства биопластике, развијају се мешавине биополимера са разним врстама адитива, као што су угљене наноцевке и хемијски модификована природна влакна.

Опћенито, адитиви који се примјењују на биопластику побољшавају својства као што су:

• Чврстоћа и механичка отпорност.
• Својства баријере против гасова и воде.
• Термоотпорност и термостабилност.

Ова својства могу се уградити у биопластику хемијским поступцима припреме и обраде.

Како се производи биопластика?

Биопластика за паковање од термопластичног шкроба. Извор: Цхристиан Гахле, нова-Институт ГмбХ

-Кратка историја

Биопластика је била уобичајена синтетичка пластика која се добија од нафтних деривата. Употреба полимера биљне или животињске материје за производњу пластичног материјала датира из 18. века коришћењем природне гуме (латекс од Хевеа брасилиенсис).

Први биопластик, иако му није дао име, развио је 1869. Јохн Веслеи Хиатт Јр., који је произвео пластику добијену из памучне целулозе као замену за бјелокост. Исто тако, крајем 19. века казеин из млека коришћен је за производњу биопластике.

У четрдесетим годинама прошлог века компанија Форд је истраживала алтернативе за употребу биљних сировина за прављење делова за своје аутомобиле. Ова линија истраживања била је подстакнута ограничењима на употребу челика у рату.

Као резултат тога, компанија је током 1941. године развила модел аутомобила са каросеријом направљеном од углавном сојиних деривата. Међутим, након завршетка рата, ова иницијатива није настављена.

1947. године произведена је прва техничка биопластика, полиамид 11 (Рилсан као заштитни знак). Касније, 90-их, појавили су се ПЛА (полилактична киселина), ПХА (полихидроксиалканоати) и пластифицирани скроб.

-Сировина

Биопластика на биолошкој основи је она која се прави од биљне биомасе. Три основна извора сировине за биолошку базу су следећа.

Природни полимери биомасе

Могу се користити природни полимери које биљке директно производе, попут шкроба или шећера. На пример, "Кромпир пластика" је биоразградива биопластика направљена од кромпировог шкроба.

Полимери синтетизовани из мономера биомасе

Друга алтернатива је синтетизација полимера из мономера извађених из биљних или животињских извора. Разлика између овог пута и претходног је у томе што је овде потребна средња хемијска синтеза.

На пример, Био-ПЕ или зелени полиетилен се производи из етанола добијеног из шећерне трске.

Биопластика се такође може произвести из животињских извора, као што су гликозаминогликани (ГАГ), који су протеини љуске јајета. Предност овог протеина је у томе што омогућава добијање отпорније биопластике.

Биотехнологија заснована на бактеријским културама

Други начин за производњу полимера за биопластику је биотехнологија кроз бактеријске културе. У том смислу, многе бактерије синтетишу и складиште полимере који се могу екстраховати и прерађивати.

Да би се то постигло, бактерије се масовно узгајају у одговарајућим културама и затим се обрађују да би се прочистио специфични полимер. На пример, ПХА (полихидроксиалканоати) се синтетишу из различитих бактеријских родова који расту у медијуму са вишком угљеника и без азота или фосфора.

Бактерије складиште полимер у облику гранула у цитоплазми, које се екстрахирају прерадом бактеријских маса. Други пример је ПХБВ (ПолихидрокиБутилВалерате) који се добија од бактерија које се хране са шећером из биљних остатака.

Највеће ограничење биопластике која се добија на овај начин су трошкови производње, углавном због потребних култура.

Комбинација природног полимера и биотехнолошког полимера

Универзитет Охио развио је прилично јаку биопластику комбинујући природну гуму са биопластичним ПХБВ, органским пероксидом и триметилолпропан триакрилатом (ТМПТА).

-Процес производње

Биопластика се добија различитим поступцима, зависно од сировине и жељених својстава. Биопластика се може добити елементарним процесима или сложенијим индустријским процесима.

Основни процес

Може се радити кувањем и калуповањем у случају употребе природних полимера, као што су скроб или кукурузни или кромпиров скроб.

Дакле, основни рецепт за производњу биопластике је мешање кукурузног шкроба или кромпировог шкроба са водом, додајући глицерин. Након тога, ова мешавина се кува док се не згусне, обликује и оставља да се осуши.

Процеси средње сложености

У случају биопластике произведене од полимера синтетизованих из мономера биомасе, процеси су нешто сложенији.

На пример, за био-ПЕ добијен из етанола шећерне трске је потребан низ корака. Прво је издвојити шећер из трске како би се добио етанол ферментацијом и дестилацијом.

Тада се етанол дехидрира и добије се етилен који мора бити полимеризиран. Коначно, помоћу машина за термоформисање, производи се израђују на основу ове биопластике.

Сложени и скупљи процеси

Када се говори о биопластикама произведеним од полимера добијених биотехнологијом, сложеност и трошкови се повећавају. То је зато што су укључене бактеријске културе којима су потребни специфични култури и услови раста.

Овај процес се заснива на чињеници да одређене бактерије производе природне полимере које су у стању да складиште у себи. Због тога, почевши од одговарајућих хранљивих елемената, ови микроорганизми се узгајају и прерађују како би екстраховали полимере.

Биопластика се такође може начинити од неких алги као што је Ботриоцоццус браунии. Ова микроалга може да произведе, па чак и излучива угљоводонике у животну средину, из којих се добија гориво или биопластика.

-Производња производа на бази биопластике

Основни принцип је обликовање предмета, захваљујући пластичним својствима овог једињења коришћењем притиска и топлоте. Прерада се врши екструзијом, убризгавањем, убризгавањем и пухањем, претходним пухањем и термоформисањем и на крају се подвргне хлађењу.

Врсте

Паковање од целулозног ацетата. Извор: Цхристиан Гахле, нова-Институт ГмбХ

Приступи класификацији биопластике су различити и нису без контроверзи. У сваком случају, критеријуми који се користе за дефинисање различитих врста су порекло и ниво распадања.

-Оригин

Према генерализованом приступу, биопластика се може пореклом класификовати као биооснована или не-базирана. У првом случају, полимери се добијају из биљне, животињске или бактеријске биомасе и због тога су обновљиви ресурси.

Са друге стране, биопластика која није заснована на биолошкој основи јесте она произведена полимерима који су синтетизовани из уља. Међутим, како потичу из необновљивих извора, неки стручњаци сматрају да их не треба третирати као биопластику.

- Ниво распадања

Што се тиче нивоа разградње, биопластика може бити биоразградива или не. Биоразградиви се разграђују у релативно кратком временском периоду (од неколико дана до неколико месеци) када су подвргнути погодним условима.

Са своје стране, неразградива биопластика понаша се попут конвенционалне пластике петрохемијског порекла. У овом случају период пропадања мери се деценијама, па чак и вековима.

Постоје и полемике у вези овог критеријума, јер неки научници сматрају да истински биопластик мора бити биоразградив.

-Оригин и биоразградња

Када се комбинују два претходна критеријума (порекло и ниво разградње), биопластика се може класификовати у три групе:

1. Полази од обновљивих сировина (биолошки заснованих) и биоразградивих.
2. Они добијени из обновљивих сировина (биолошки засновани), али нису биоразградиви.
3. Добија се од сировина петрохемијског порекла, али који су биоразградиви.

Важно је напоменути да би се полимер сматрао биопластичним производом мора ући у једну од ове три комбинације.

Биоразградиво

Међу биопластичном и биоразградивом биопластиком имамо полактичну киселину (ПЛА) и полихидроксиалканоат (ПХА). ПЛА је једна од најчешће коришћених биопластика и углавном се добија од кукуруза.

Ова биопластика има својства слична полиетилен терефталатима (ПЕТ, уобичајена пластика од полиестера), иако је мање отпорна на високе температуре.

Са своје стране, ПХА има променљива својства у зависности од одређеног полимера који је чини. Добија се из биљних ћелија или путем биотехнологије из бактеријских култура.

Ове биопластике су врло осетљиве на услове прераде и њихова цена је до десет пута већа од класичне пластике.

Други пример ове категорије је ПХБВ (ПолихидрокиБутилВалерате) који се добија из биљних остатака.

Биолошки неразградив

У овој групи имамо био-полиетилен (БИО-ПЕ), својстава сличних онима класичног полиетилена. Са своје стране, Био-ПЕТ има карактеристике сличне полиетилен терефталатима.

Обе биопластике се обично производе од шећерне трске, при чему се добија биоетанол као интермедијарни производ.

Био-полиамид (ПА), који је рециклирајући биопластик са одличним својствима топлотне изолације, такође припада овој категорији.

-Не биолошки засновано на биоразградњу

Биоразградивост се односи на хемијску структуру полимера, а не на врсту коришћене сировине. Због тога се биоразградива пластика може добити из нафте уз правилну обраду.

Пример ове врсте биопластике су поликапролактони (ПЦЛ), који се користе у производњи полиуретана. Ово је биопластика добијена из нафтних деривата попут полибутилен сукцината (ПБС).

Предност

Амбалажа од бомбона направљена од ПЛА (полимерна киселина). Извор: Ф. Кесселринг, ФКуР Виллицх

Биоразградиви су

Иако није сва биопластика биоразградива, истина је да је за многе људе то њихова основна карактеристика. У ствари, потрага за тим имањем је један од основних покретача процвата биопластике.

Конвенционална пластика на бази нафте и неразградива разграђује стотине, па чак и хиљаде година. Ова ситуација представља озбиљан проблем, јер се депоније и океани пуне пластиком.

Из тог разлога, биоразградивост је веома релевантна предност, јер се ови материјали могу разградити у недељама, месецима или неколико година.

Не загађују околину

Будући да су биоразградиви материјали, биопластика престаје да заузима простор као смеће. Уз то, имају додатну предност што у већини случајева не садрже токсичне елементе које могу испуштати у околину.

Имају нижи угљенични отисак

И у процесу производње биопластике, као и при њиховом распадању, ослобађа се мање ЦО2 него у случају класичне пластике. У многим случајевима не ослобађају метан или то чине у малим количинама и стога имају мали утицај на ефекат стаклене баште.

На пример, биопластика направљена од етанола из шећерне трске смањује емисију ЦО2 до 75% у поређењу са онима добијеним из нафте.

Сигурније је носити храну и пиће

Генерално, у изради и саставу биопластике не користе се токсичне материје. Због тога они представљају мањи ризик од контаминације хране или пића који се у њима налазе.

За разлику од конвенционалне пластике која може произвести диоксине и друге компоненте загађујућих материја, биопластика која се темељи на биолошкој основи није безопасна.

Недостаци

Недостаци су углавном повезани са врстом коришћења биопластике. Између осталог имамо следеће.

Мање отпора

Једно ограничење које већина биопластика има у поређењу са класичним пластичним масама је њихова нижа отпорност. Међутим, ово својство је оно што је повезано са његовом способношћу да се разгради.

Већа цена

У неким случајевима су сировине које се користе за производњу биопластике скупље од сировина из нафте.

С друге стране, производња неке биопластике подразумева и веће трошкове прераде. Конкретно, ови производни трошкови су већи од оних произведених путем биотехнолошких процеса, укључујући масовно гајење бактерија.

Сукоб употребе

Биопластика произведена из прехрамбених сировина конкурира људским потребама. Због тога је, будући да је исплативије посветити усјеве производњи биопластике, оне уклоњене из круга производње хране.

Међутим, овај се недостатак не односи на ону биопластику добијену из нејестивог отпада. Међу тим отпадом имамо остатке усјева, нејестиве алге, лигнин, љуске јаја или егзоскелете јастога.

Рециклирати их није лако

ПЛА биопластик је врло сличан уобичајеној ПЕТ (полиетилен терефталат) пластици, али се не може рециклирати. Стога, ако се обе врсте пластике мешају у амбалажи за рециклирање, овај се садржај не може рециклирати.

С тим у вези, постоји бојазан да би све већа употреба ПЛА-е могла угрозити постојеће напоре за рециклирање пластике.

Примери и њихова употреба производа произведених од биопластике

Посуда за вино израђена од биопластике од пољопривредног отпада и мицелија. Извор: Мицобонд

-Робили или једнократни предмети

Предмети који стварају највише отпада су контејнери, омоти, тањири и прибор за јело повезани брзом храном и врећама за куповину. Стога у овој области биоразградива биопластика игра релевантну улогу.

Из тог разлога, разни производи на бази биопластике развијени су како би утицали на смањење стварања отпада. Између осталог имамо и биоразградиву кесу направљену од БАСФ-овог Ецовио-а или пластичну боцу направљену од ПЛА-а добивену од кукуруза компаније Сафипласт у Шпанији.

Водене капсуле

Компанија Оохо створила је биоразградиве капсуле из морских алги са водом, уместо традиционалних боца. Овај предлог је био веома иновативан и успешан и већ је тестиран на Лондонском маратону.

Пољопривреда

У неким усјевима попут јагода, уобичајена је пракса да се тло прекрије пластичним листом ради контроле корова и избегне смрзавање. У том смислу, биопластичне облоге као што је Агробиофилм су развијене да замењују конвенционалну пластику.

-Објекти за издржљиве апликације

Употреба биопластике није ограничена на објекте употребе и одлагања, већ се може користити у трајнијим објектима. На пример, компанија Зое б Органиц производи играчке за плажу.

Сложене компоненте опреме

Тоиота користи биопластику у неким ауто деловима, попут компоненти за клима уређаје и контролне табле. За то користи биопластику као што су Био-ПЕТ и ПЛА.

Са своје стране, Фујитсу користи биопластику за прављење рачунарских мишева и делова тастатуре. У случају компаније Самсунг, неки мобилни телефони имају кућишта израђена углавном од биопластике.

-Грађевинарство и грађевинарство

Шкробна биопластика користи се као грађевински материјал и биопластику ојачану нанофибером у електричним инсталацијама.

Поред тога, примењени су у производњи биопластичног дрвета за намештај, који нису нападнути од ксилофагних инсеката и не труну са влагом.

-Фармацеутске апликације

Израђене су са биопластичним капсулама које садрже лекове и лекове који се споро ослобађају. Дакле, биорасположивост лекова је регулисана током времена (доза коју пацијент прими у одређеном времену).

-Медицинске апликације

Целулозна биопластика применљива у имплантатима, инжењерингу ткива, хитин и хитозанска биопластика произведена је за заштиту рана, инжењеринг коштаног ткива и регенерацију коже људи.

Целулозна биопластика се такође производи за биосензоре, смеше са хидроксиапатитом за производњу зубних имплантата, биопластичних влакана у катетерима, између осталог.

- Зрачни, поморски и копнени транспорт и индустрија

Користе се круте пене на бази биљних уља (биопластика), како у индустријским тако и у транспортним уређајима; ауто и делови за ваздухопловство.

Електронске компоненте мобилних телефона, рачунара, аудио и видео уређаја такође су произведене из биопластике.

-Пољопривреда

Биопластични хидрогели који апсорбују и задржавају воду и могу је споро ослобађати корисни су као заштитна покривача за култивирано тло, одржавајући влажност ваздуха и погодујући расту пољопривредних засада у сувим пределима и у слабим кишним сезонама.

Референце

1. Алварез да Силва Л (2016). Биопластика: добијање и примена полихидроксиалканоата. Фармацеутски факултет Универзитета у Севиљи. Диплома из фармације. 36 п.
2. Безирхан-Арикан Е и Х Дуигу-Озсои (2015). Преглед: Истраживање биопластике. Часопис за грађевинарство и архитектуру 9: 188-192. Де Алмеида А, ЈА Руиз, НИ Лопез и МЈ Петтинари (2004). Биопластика: еколошка алтернатива. Жива хемија, 3 (3): 122-133.
3. Ел-Кади С (2010). Производња биопластике из јефтиних извора. ИСБН 9783639263725; ВДМ Верлаг Др. Муллер Публисхинг, Берлин, Немачка. 145 п.
4. Лабеага-Витери А (2018). Биоразградиви полимери. Важност и потенцијалне апликације. Национални универзитет за образовање на даљину. Природно-математички факултет, Одељење за неорганску хемију и хемијско инжењерство. Магистарски рад из хемијске науке и технологије. 50 п.
5. Руиз-Хитзки Е, ФМ Фернандес, ММ Редди, С Вивеканандхан, М Мисра, СК Бхатиа и АК Моханти (2013). Пластика и бионанокомпозити на биолошкој основи: тренутни статус и будуће могућности. Прог. Полим. Сци. 38: 1653-1689.
6. Сатисх К (2017). Биопластика - класификација, производња и њихове потенцијалне примјене у храни. Јоурнал оф Хилл Агрицултуре 8: 118-129.