«Чудеса Зеленої хімії»
Одним із
пріоритетних напрямів сучасної хімії є зелена хімія. Наукова хімічна галузь під
такою назвою виникла у 90-ті роки минулого століття і досить швидко знайшла
прибічників серед хіміків. Одним із основоположних принципів Зеленої хімії є
теза про те, що для кардинального скорочення впливу на навколишнє середовище
багатотонних хімічних виробництв простіше і економічно більш доцільно запобігти
утворенню відходів у процесі цих виробництв та використання різноманітних
речовин, ніж у подальшому їх знешкоджувати й утилізувати [Р.Т. Аnаstаs, J.С. Wагnеr.,
1998]. Конкретна реалізація завдань Зеленої хімії лежить у площині розробки
нових схем хімічних процесів з використанням нових джерел, нових умов,
отриманням нових продуктів. Серед найважливіших властивостей, які повинні
характеризувати речовини, що можуть використовуватись відповідно до принципів
Зеленої хімії - здатність до біодеградації при попаданні у навколишнє
середовище. Серед останніх досягнень хіміків, які вже використовують в
повсякденному житті, можна навести приклад розробки агрономічного управління
СІНА - обгортку, спресовану з висококонцентрованого плодоовочевого пюре. За
допомогою певних незначних хімічних перетворень хіміки отримали з цього
концентрату міцний і гнучкий матеріал, з якого виготовляють обгортку для різних
продуктів. Обгортка запобігає доступу повітря до харчових продуктів, надійно
зберігає їх в холодильнику, не впливає на якість продуктів, розкладається у
довкіллі мікроорганізмами.
Щорічний випуск полімерів становить близько
80 млн. т, з яких утилізується тільки невелика частина. Упаковка із синтетичних
полімерів досягає 40 % побутових відходів. Розв'язання проблеми зменшення
кількості полімерних відходів може досягатись створенням гамми полімерних
матеріалів, які спроможні розкладатися у відповідних умовах на екологічно безпечні
компоненти.
На тлі екологічних ідей ще в
60-ірр.ХХст. з’явились
полімерні матеріали на основі поновлюваних ресурсів, тобто з рослин. Сировиною
тут служить кукурудза, картопляний крохмаль, пшениця, цукрова тростина і т.п.
Сукупність різних факторів: зліт цін на нафту, підвищення інтересу в усьому
світі до поновлювальних ресурсів, зростання стурбованості у зв’язку з викидами
парникових газів, особлива увага до утилізації відходів – відродила
зацікавленість у біополімерах і ефективних засобах їх виробництва. Як результат
– останні 6 років біопластики переживають справжній бум.
Свою роль відіграло і
бажання європейських і американських хімічних гігантів знайти свою нішу і
«відгородитись від конкурентів» з Азії, які налагодили масову переробку
викопної сировини в полімери.
Нові матеріали отримали
назву біопластика. Біопластики дуже зручні за своїми властивостями і, важливий
момент – не всі біопластики біодеградуючі.
Біопластики поділяють на:
1)
Аналоги традиційним пластикам. Це
полімери, які виготовлені шляхом глибокої переробки рослинної сировини та мають
властивості традиційних пластиків.
2)
Біодеградуючі, рослинні. Це
полімери, які виготовлені із рослинної сировини та відповідають вимогам ЄС по
термінам розкладання (6 місяців).
Поява біопластиків дозволяє знизити
вуглецевий індекс і полімерів і товарів, вироблених на їх основі. У чому ж різниця між традиційними
пластиками і біопластиками?
Схема виробництва полімерів
з продуктів переробки викопної сировини
Нафта і газ – розщеплення
(мономер) – хімічна трансформація(мономер) – полімеризація (полімер)
Схема виробництва полімерів
майбутнього з рослинної сировини
Ферми(посів) – елеватор(корм) – біотехнологічна
трансформація (мономер) – полімеризація (полімер).
Пластики, вироблені
традиційним шляхом на основі продуктів переробки нафти, характеризуються
високим вуглецевим індексом, але мають низьку вартість на ринку. Вона
визначається великим досвідом, безліччю відпрацьованих технологій, які
створювалися десятиліттями. Полімери, які були в ходу в 50-і 60-і рр..,
відійшли на задній план, будучи визнані занадто токсичними, поступившись місцем
знайомому нам зараз харчовому поліпропілену. Розробка нових полімерів з
викопної сировини продовжує розвиватись і не здає позицій біопластику.
Біопластики, які виготовлені
на основі рослинної сировини, але не відрізняються за властивостями від
традиційних, тільки починають свій шлях, але цілком можуть замінити пластики на
основі не відновлювальних сировинних джерел. Для зручності введене спеціальне
маркування, яке показує вміст пластика на рослинній основі в сумішах із
традиційним.
Це знак
- * (сніжинка).
Ще більше знижувати
вуглецевий індекс, використовуючи біодеградуючі матеріали на основі
поновлюваних ресурсів, тобто на рослинній основі.
Під терміном «біодеградуючі
матеріали на рослинній основі» випускається декілька груп пластиків:
1)
PLA - (полілактид, полімери на
основі молочної кислоти, прозорий матеріал)
2)
PLA - компаунди (суміші);
3)
PHA - (Polihidroxyalkanoates - полі гідро ксіалконоат);
4)
Матеріали на основі крохмалю;
5)
Матеріали на основі целюлози.
Що таке біопластик?
Біопластик бере за приклад кругообіг речовин в природі
та робить можливим інтелігентне поступове використання природних ресурсів без
сміття (zего wastе) та без викидів парникових
газів (zего еmіssіоn).
В усьому світі щорічно виробляється близько 100
мільйонів тонн органічних матеріалів за допомогою фотосинтезу, більшість з яких
знову розкладається на вихідні продукти СО2 та воду. Біопластик
наслідує цей приклад: для його виробництва використовують відновлювані ресурси.
Утилізувати використаний продукт можна компостуванням.
Роздуми щодо принципу кругообігу ґрунтуються на тому
факті, що в розвиненому світі загальноприйняті технології виробництва без
кінцевого ланцюжка не можуть мати майбутнього. У найближчому майбутньому
корисні копалини, які використовувалися до цього часу, вичерпаються, в той час,
як обмежаться можливості утилізації неминучого сміття та відходів хімічної
промисловості. Таким чином, кругообіг у промисловості стежить за тим, щоб
використані ресурси поверталися у виробничий процес через життєвий цикл товару.
Види біопластику
Крохмаль та суміші
Займаючи 80 % ринку, термопластик - на сьогодні
найбільш важливий та використовуваний представник біопластиків. Суміші та
сплави, залежно від галузей використання, окремо розробляються та
виготовляються в різних секторах. У вигляді грануляту на підприємствах їх
переробляють на плівки, плівки глибокої витяжки, вироби шляхом лиття підтиском
чи покриття.
Полілактиди (ПЛА)
Прозорий полілактид (ПЛА) схожий на традиційний
термопластик не лише за якостями, але його також можна використовувати на
підприємствах без попередньої обробки. ПЛА та ПЛА-суміші у вигляді грануляту
використовуються для виробництва плівки, фасонних деталей, бляшанок, стаканів,
пляшок та інших предметів загального використання.
Полігідроксибутірат (РНВ)
Біополімер полігідроксибутірат (РНВ) - поліестер,
виготовлений ферментуванням відновлюваних ресурсів, за якостями схожий на
поліпропілен, який виготовляється з нафтохімічного пластику. РНВ вважається
"сплячим велетнем" серед біопластиків. Спектр якостей РНВ-сумішей
простягається від клеїв до твердої гуми.
Сфери використання
біопластику
Упаковка
Завдяки можливості біологічного розпаду, біопластик
використовується, перш за все, в галузі упакування. Закріпилося використання
біопластику для виготовлення сумок та пакетів, які також використовуються для
збору компостованих відходів, а також для виробництва мисок для овочів,
фруктів, яєць та м'яса чи місткостей для напоїв та молочної продукції.
Кейтерінг
Використання біопластику в галузі кейтерінгу пропонує
переваги не лише з точки зору екології, яка ґрунтуються на можливості
компостування не нафтохімічного пластику, але й з економічної точки зору. Бо
завдяки біопластику ми економимо витрати на утилізацію, в чому особливо
зацікавлені виробники та користувачі одноразової упаковки в галузі
кейтерінг-гастрономії.
Садівництво
В аграрному секторі та садівництві використовують
переважно агроволокно та горщики для розсади, виготовлені з біопластику, бо
термін їх використання відомий і вони не залишають помітних залишків у ґрунті,
що позитивно відображається на витратах часу та коштів. Такі продукти
розчиняються в ґрунті та пізніше переорюються разом із землею.
Медицина
У медицині вироби з відновлюваного, здатного до
сорбції пластику мають відповідати зовсім іншим вимогам, ніж такі вироби в
галузі упаковки та кейтерінгу. У цьому випадку необхідно забезпечити особливо
високу якість, і тому вартість сировини, що використовується в цій галузі,
досить висока, іноді понад 1000 євро за кілограм.
Можливостей для використання біопластику, що сам по
собі розчиняється, досить багато.
Предмети гігієни
Через свої незвичайні характеристики певні види
біопластику беруться за основу у виробництві деяких предметів гігієни. Такі
види пропускають повітря, пару і в той же час не пропускають воду. Плівки з
м'якого біопластику вже зараз використовуються для підгузків, для підкладок під
постільну білизну, предметів жіночої гігієни чи для одноразових рукавичок.
Якщо проаналізувати
властивості біодеградуючих матеріалів на рослинній основі, то легко виділити
обмеження в їх використанні:
·
Матеріали мають низькі температури
силування, тому їх краще застосовувати для упаковки під продукти харчування, що
зберігаються у холодильнику;
·
Матеріали дуже еластичні при
температурах переробки, тому основні напрямки виготовлення тари з них це
термоформінг, виробництво плівок роздуттям, лиття під тиском простих виробів,
наприклад виделок та ложок.
·
Вартість матеріалів висока в
порівнянні з традиційними матеріалами. І тільки деякі компанії, найбільші
виробники продуктів харчування, можуть дозволити собі використовувати упаковку
на основі біодеградуючих матеріалів. В майбутньому планується, наприклад, зниження вартості полілактиду з 250 доларів
до 2,2 долара за 1кг.
Майбутнє біополімерів, тим не менш, вселяє оптимізм:
властивості біодеградуючих матеріалів постійно вдосконалюються, обсяги
виробництва зростають, тому ціни на сировину повинні поступово знижуватись.
Протягом наступних десяти років очікується продовження швидкого зростання
глобального ринку пластикових матеріалів, що спостерігається протягом останніх
п'ятдесяти років. Очікується також збільшення світового споживання пластмас,
при цьому істотний розвиток отримають всі категорії полімерів, так як пластики
продовжують витісняти традиційні матеріали, включаючи сталь, дерево і скло. За
деякими експертними оцінками біопластику вдасться міцно зайняти від 1,5 до 4,8%
загального ринку пластмас, що в кількісному відношенні складе від 4 до 12,5
мли. т в залежності від технологічного рівня розробок і досліджень в області
нових біопластикових полімерів.
Cтрімкого росту досягне
швидке розповсюдження біопластику у всіх сферах використання. Від упаковки
через автомобільну індустрію до іграшок, килимів та електронних компонентів -
скрізь існує попит на біопластик. Наприклад, група стандартного біопластику,
яка швидко зростає, має неабиякий успіх на ринку упаковки. Такі відомі гравці
світового ринку, як Danonе чи Соса-Соlа,
допомогли продукту потрапити на міжнародний ринок. Європа - найбільший
у світі та найцікавіший ринок збуту біопластику та провідний регіон для
досліджень і розвитку галузі. Але кількість підприємств, що виробляють
біопластик, зростає в Азії та Південній Америці. Конкурентоспроможність
європейських представництв для промисловості повинна розвиватися на краще за
рахунок зміни загальних умов ведення бізнесу. Еuгореаn
Віорlаstісs закликає політиків
підтримати місцеву промисловість по виробництву біопластику.
Коментарі
Дописати коментар