BIOPLASTIKA: KAKO SE PROIZVODE, VRSTE, PREDNOSTI, NEDOSTACI - OKOLIŠ - 2026

Su bioplastika su svaki savitljiv materijal na bazi polimera petrokemijskog porijekla i biomase koja su biorazgradiva. Slično tradicionalnoj plastici sintetiziranoj iz nafte, i ova se može oblikovati u različite predmete.

Ovisno o njihovom podrijetlu, bioplastika se može dobiti iz biomase (na bazi podataka) ili biti petrokemijskog podrijetla. S druge strane, ovisno o njihovoj razini raspadanja, postoje biorazgradive i nerazgradive bioplastike.

Posuđe od biorazgradivog poliestera od škroba. Izvor: Scott Bauer

Rast bioplastike nastaje kao odgovor na neugodnosti koje stvara konvencionalna plastika. Oni uključuju nakupljanje ne-biorazgradive plastike u oceanima i na odlagalištima.

S druge strane, konvencionalna plastika ima visoki trag ugljika i visok sadržaj toksičnih elemenata. Suprotno tome, bioplastika ima nekoliko prednosti jer ne proizvodi toksične elemente i općenito je biorazgradiva i reciklirana.

Među glavnim nedostacima bioplastike navode se njihovi visoki troškovi proizvodnje i manja otpornost. Nadalje, neke od korištenih sirovina potencijalna su hrana, što predstavlja ekonomski i etički problem.

Neki primjeri bioplastičnih predmeta su biorazgradive vrećice, kao i dijelovi vozila i mobilnih telefona.

Karakteristike bioplastike

Ekonomski i ekološki značaj bioplastike

Razni utilitaristički predmeti napravljeni od bioplastike. Izvor: Hwaja Götz, putem Wikimedia Commonsa

U posljednje vrijeme postoji veći znanstveni i industrijski interes za proizvodnju plastike iz obnovljivih sirovina i one su biorazgradive.

To je zbog činjenice da se svjetske rezerve nafte troše i postoji veća svijest o ozbiljnoj šteti okoliša koju nanosi petroplastika.

S porastom potražnje za plastikom na svjetskom tržištu, raste i potražnja za biorazgradivom plastikom.

biorazgradivost

Biorazgradivi otpad iz bioplastike može se tretirati kao organski, brzorazgradljiv i ne zagađujući otpad. Na primjer, mogu se upotrijebiti kao izmjena tla pri kompostiranju, jer se prirodnim putem recikliraju biološkim procesima.

Bioplastika s bezbroj komercijalnih namjena. Izvor: F. Kesselring, FKuR Willich, putem Wikimedia Commonsa

Ograničenja bioplastike

Proizvodnja biorazgradive bioplastike suočava se s velikim izazovima, jer bioplastika ima slabija svojstva od petroplastike i njihova je primjena, iako raste, ograničena.

Poboljšanje svojstava bioplastike

Da bi se poboljšala svojstva bioplastike, razvijaju se mješavine biopolimera s različitim vrstama aditiva, poput ugljikovih nanocjevčica i kemijski modificiranih prirodnih vlakana.

Općenito, aditivi koji se primjenjuju na bioplastiku poboljšavaju svojstva kao što su:

• Krutost i mehanička otpornost.
• Zaštitna svojstva protiv plinova i vode.
• Termootpornost i termostabilnost.

Ova svojstva mogu se ugraditi u bioplastiku kemijskim postupcima pripreme i obrade.

Kako se proizvode bioplastika?

Bioplastika za pakiranje izrađena od termoplastičnog škroba. Izvor: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

-Kratka povijest

Bioplastika je bila uobičajena sintetička plastika iz naftnih derivata. Upotreba polimera biljne ili životinjske materije za proizvodnju plastičnih materijala datira iz 18. stoljeća s primjenom prirodne gume (lateks iz Hevea brasiliensis).

Prvu bioplastiku, iako joj nije dao ime, razvio je 1869. John Wesley Hyatt Jr., koji je proizveo plastiku dobivenu od pamučne celuloze kao zamjenu za bjelokost. Isto tako, krajem 19. stoljeća kazein iz mlijeka korišten je za proizvodnju bioplastike.

U četrdesetim godinama prošlog stoljeća tvrtka Ford istraživala je alternative upotrebi biljnih sirovina za izradu dijelova za svoje automobile. Ova su istraživanja bila potaknuta ograničenjima na uporabu čelika u ratu.

Kao rezultat toga, tijekom 1941. tvrtka je razvila model automobila s karoserijom izrađenom od uglavnom sojinih derivata. Međutim, nakon završetka rata, ova inicijativa nije nastavljena.

1947. godine proizvedena je prva tehnička bioplastika, poliamid 11 (Rilsan kao zaštitni znak). Kasnije, 90-ih, pojavili su se PLA (polilaktična kiselina), PHA (polihidroksialkanoati) i plastificirani škrob.

-Sirovina

Bioplastika na biološkoj osnovi je ona koja se proizvodi iz biljne biomase. Tri osnovna izvora sirovine za biološku bazu su sljedeća.

Prirodni polimeri biomase

Mogu se koristiti prirodni polimeri koje biljke proizvode izravno, poput škroba ili šećera. Na primjer, "Krompir plastika" je biorazgradiva bioplastika napravljena od krumpirovog škroba.

Polimeri sintetizirani iz monomera biomase

Druga alternativa je sinteza polimera iz monomera izvađenih iz biljnih ili životinjskih izvora. Razlika između ovog puta i prethodnog je u tome što je ovdje potrebna međupredmetna kemijska sinteza.

Na primjer, Bio-PE ili zeleni polietilen proizvodi se od etanola dobivenog iz šećerne trske.

Bioplastika se također može proizvesti iz životinjskih izvora, poput glikozaminoglikana (GAG), koji su proteini ljuske jajeta. Prednost ovog proteina je u tome što omogućava dobivanje otpornije bioplastike.

Biotehnologija koja se temelji na bakterijskim kulturama

Drugi način proizvodnje polimera za bioplastiku je biotehnologija kroz bakterijske kulture. U tom smislu, mnoge bakterije sintetiziraju i pohranjuju polimere koji se mogu ekstrahirati i prerađivati.

Za to se bakterije masovno uzgajaju u odgovarajućim kulturama, a zatim obrađuju da pročiste specifični polimer. Na primjer, PHA (polihidroksialkanoati) sintetiziraju različiti rodovi bakterija koji rastu u mediju s viškom ugljika i bez dušika ili fosfora.

Bakterije pohranjuju polimer u obliku granula u citoplazmi koje se ekstrahiraju obradom bakterijskih masa. Drugi primjer je PHBV (PolyhydroxyButylValerate) koji se dobiva iz bakterija koje se hrane sa šećerom dobivenim iz biljnih ostataka.

Najveće ograničenje bioplastike dobivene na ovaj način su troškovi proizvodnje, uglavnom zbog potrebnih kultura.

Kombinacija prirodnog polimera i biotehnološkog polimera

Sveučilište Ohio razvilo je prilično jak bioplastik kombinirajući prirodnu gumu s PHBV bioplastikom, organskim peroksidom i trimetilolpropan triakrilatom (TMPTA).

-Proces proizvodnje

Bioplastika se dobiva različitim postupcima, ovisno o sirovini i željenim svojstvima. Bioplastika se može dobiti elementarnim procesima ili složenijim industrijskim procesima.

Osnovni postupak

Može se kuhati i oblikovati u slučaju upotrebe prirodnih polimera, poput škroba ili kukuruza ili krumpirovog škroba.

Stoga je osnovni recept za proizvodnju bioplastike miješati kukuruzni škrob ili krumpirov škrob s vodom, dodajući glicerin. Potom se ta smjesa kuha dok se ne zgusne, oblikuje i ostavi da se osuši.

Procesi srednje složenosti

U slučaju bioplastike proizvedene od polimera sintetiziranog iz monomera biomase, postupci su nešto složeniji.

Na primjer, Bio-PE dobiven iz etanola šećerne trske zahtijeva niz koraka. Prvo je izdvojiti šećer iz trske kako bi se dobilo etanol fermentacijom i destilacijom.

Tada se etanol dehidrira i dobiva se etilen koji mora biti polimeriziran. Konačno, pomoću strojeva za termoformiranje, proizvodi se izrađuju na temelju ove bioplastike.

Složeni i skuplji procesi

Kada se govori o bioplastikama proizvedenim od polimera dobivenih biotehnologijom, složenost i troškovi se povećavaju. To je zato što su uključene bakterijske kulture koje zahtijevaju specifične kulture i uvjete rasta.

Taj se proces temelji na činjenici da određene bakterije proizvode prirodne polimere koje su u stanju pohraniti u sebi. Stoga se, počevši od odgovarajućih prehrambenih elemenata, ti mikroorganizmi uzgajaju i obrađuju kako bi ekstrahirali polimere.

Bioplastika se također može proizvesti iz nekih algi poput Botryococcus braunii. Ta mikroalga može stvoriti, pa čak i izlučiti ugljikovodike u okoliš, iz kojih se dobivaju goriva ili bioplastika.

-Proizvodnja proizvoda na bazi bioplastike

Osnovno načelo je oblikovanje predmeta, zahvaljujući plastičnim svojstvima ovog spoja upotrebom tlaka i topline. Obrada se vrši ekstruzijom, ubrizgavanjem, ubrizgavanjem i puhanjem, prethodnim puhanjem i termoformiranjem i na kraju se podvrgne hlađenju.

vrste

Pakiranje od celuloznog acetata. Izvor: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

Pristupi razvrstavanju bioplastike raznoliki su i nisu bez kontroverzi. U svakom slučaju, kriteriji koji se koriste za definiranje različitih vrsta su podrijetlo i razgradnja.

-Podrijetlo

Prema generaliziranom pristupu, bioplastika se prema svom podrijetlu može klasificirati kao bioosnovana ili ne-biobazirana. U prvom slučaju, polimeri se dobivaju iz biljne, životinjske ili bakterijske biomase i stoga su obnovljivi resursi.

S druge strane, neplastična bioplastika su oni proizvedeni polimerima sintetiziranim iz ulja. Međutim, kako dolaze iz neobnovljivog izvora, neki stručnjaci smatraju da ih se ne treba tretirati kao bioplastiku.

-Razina raspadanja

Što se tiče razine razgradnje, bioplastika može biti biorazgradiva ili ne. Biorazgradivi se razgrađuju u relativno kratkom vremenu (od nekoliko dana do nekoliko mjeseci) kada su podvrgnuti prikladnim uvjetima.

Sa svoje strane, nerazgradiva bioplastika ponaša se poput konvencionalne plastike petrokemijskog podrijetla. U ovom se slučaju razdoblje propadanja mjeri desetljećima, pa čak i stoljećima.

Postoje i kontroverze oko ovog kriterija, jer neki znanstvenici smatraju da istinski bioplastik mora biti biorazgradljiv.

-Origin i biorazgradnja

Kada se kombiniraju dva prethodna kriterija (podrijetlo i razgradnja), bioplastiku možemo razvrstati u tri skupine:

1. Potječu iz obnovljivih sirovina (biološki) i biorazgradivih.
2. Oni dobiveni iz obnovljivih sirovina (biološki), ali nisu biorazgradivi.
3. Dobiva se od sirovina petrokemijskog podrijetla, ali koje su biorazgradive.

Važno je napomenuti da, kako bi polimer smatrali bioplastičnim, on mora unijeti jednu od ove tri kombinacije.

Biobased-biorazgradiva

Među bioplastičnom i biorazgradivom bioplastikom nalazimo polikalnu kiselinu (PLA) i polihidroksialkanoat (PHA). PLA je jedna od najčešće korištenih bioplastika i dobiva se uglavnom iz kukuruza.

Ova bioplastika ima svojstva slična polietilen tereftalatima (PET, uobičajena plastika od poliestera), iako je manje otporna na visoke temperature.

Sa svoje strane, PHA ima promjenjiva svojstva ovisno o specifičnom polimeru koji ga čini. Dobiva se iz biljnih stanica ili putem biotehnologije iz bakterijskih kultura.

Ove su bioplastike vrlo osjetljive na uvjete obrade i trošak im je i do deset puta veći od klasičnih plastičnih masa.

Drugi primjer ove kategorije je PHBV (PolyhydroxyButylValerate) koji se dobiva iz biljnih ostataka.

Biobased-nebiorazgradive

U ovoj skupini imamo biopolietilen (BIO-PE), svojstava sličnih onima uobičajenog polietilena. Sa svoje strane, Bio-PET ima karakteristike slične polietilen tereftalatima.

Obje bioplastike obično se proizvode od šećerne trske, dobivajući bioetanol kao intermedijarni proizvod.

Bio-poliamid (PA), koji je reciklirajući bioplastik s izvrsnim svojstvima toplinske izolacije, također pripada ovoj kategoriji.

Non-biobased-biorazgradiva

Biorazgradivost ima veze s kemijskom strukturom polimera, a ne s vrstom upotrijebljenih sirovina. Stoga se biorazgradiva plastika može dobiti iz nafte uz pravilnu obradu.

Primjer ove vrste bioplastike su polikaprolaktoni (PCL), koji se koriste u proizvodnji poliuretana. Ovo je bioplastika dobivena iz naftnih derivata poput polibutilen sukcinata (PBS).

Prednost

Ambalaža od bombona izrađena od PLA (pollaktična kiselina). Izvor: F. Kesselring, FKuR Willich

Biorazgradivi su

Iako nije sva bioplastika biorazgradiva, istina je da je za mnoge ljude to njihova osnovna karakteristika. Zapravo, potraga za tim imanjem jedan je od osnovnih pokretača procvata bioplastike.

Konvencionalna plastika na bazi nafte i nerazgradiva razgrađuje stotine, pa čak i tisuće godina. Ova situacija predstavlja ozbiljan problem, jer se odlagališta i oceani pune plastikom.

Iz tog je razloga biorazgradivost vrlo relevantna prednost, jer se ti materijali mogu raspadati u tjednima, mjesecima ili nekoliko godina.

Ne zagađuju okoliš

Budući da su biorazgradivi materijali, bioplastika prestaje zauzimati prostor kao smeće. Osim toga, imaju dodatnu prednost što u većini slučajeva ne sadrže toksične elemente koje mogu ispuštati u okoliš.

Imaju manji utjecaj ugljika

I u procesu proizvodnje bioplastike, kao i pri njihovom raspadanju, oslobađa se manje CO2 nego u slučaju klasične plastike. U mnogim slučajevima oni ne ispuštaju metan ili to čine u malim količinama i stoga imaju mali utjecaj na efekt staklenika.

Na primjer, bioplastika izrađena od etanola iz šećerne trske smanjuje emisiju CO2 do 75% u usporedbi s onima dobivenim iz nafte.

Sigurnije je nositi hranu i piće

Općenito, u izradi i sastavu bioplastike ne koriste se otrovne tvari. Stoga predstavljaju manji rizik od onečišćenja hrane ili pića koja se u njima nalaze.

Za razliku od konvencionalne plastike koja može proizvesti dioksine i druge sastojke koji zagađuju, bioplastika na bazi biološkog materijala nije bezopasna.

Nedostaci

Nedostaci su uglavnom povezani s vrstom bioplastike koja se koristi. Među ostalim imamo sljedeće.

Manje otpora

Jedno ograničenje koje većina bioplastika ima u usporedbi s konvencionalnim plastikama je njihov niži otpor. Međutim, ovo svojstvo je ono što je povezano sa njegovom sposobnošću biorazgradnje.

Veći trošak

U nekim su slučajevima sirovine koje se koriste za proizvodnju bioplastike skuplje od onih iz nafte.

S druge strane, proizvodnja neke bioplastike podrazumijeva i veće troškove prerade. Konkretno, ovi troškovi proizvodnje veći su od onih proizvedenih putem biotehnoloških procesa, uključujući masovno uzgoj bakterija.

Sukob uporabe

Bioplastika proizvedena iz prehrambenih sirovina konkurira ljudskim potrebama. Stoga je, budući da je povoljnije posvetiti usjeve proizvodnji bioplastike, one se uklanjaju iz kruga proizvodnje hrane.

Međutim, ovaj se nedostatak ne odnosi na onu bioplastiku dobivenu od nejestivog otpada. Među tim otpadom imamo ostatke usjeva, nejestive alge, lignin, ljuske jaja ili egzoskelete jastoga.

Reciklirati ih nije lako

PLA bioplastik vrlo je sličan uobičajenoj PET (polietilen tereftalat) plastici, ali se ne može reciklirati. Stoga, ako se obje vrste plastike miješaju u spremniku za recikliranje, taj se sadržaj ne može reciklirati.

S tim u vezi, postoji bojazan da bi sve veća upotreba PLA-e mogla spriječiti postojeće napore na recikliranju plastike.

Primjeri i njihova upotreba proizvoda proizvedenih od bioplastike

Posuda za vino izrađena od bioplastike od poljoprivrednog otpada i micelija. Izvor: Mycobond

-Ročni ili jednokratni predmeti

Predmeti koji stvaraju najviše otpada su kontejneri, omoti, tanjuri i pribor za jelo vezan uz brzu hranu i vreće za kupovinu. Stoga na ovom polju biorazgradiva bioplastika igra relevantnu ulogu.

Zbog toga su razni proizvodi na bazi bioplastike razvijeni kako bi utjecali na smanjenje stvaranja otpada. Između ostalog imamo i biorazgradivu vrećicu izrađenu od Ecovio-a iz BASF-a ili plastičnu bocu napravljenu od PLA-e dobivenu od kukuruza tvrtke Safiplast u Španjolskoj.

Vodene kapsule

Tvrtka Ooho stvorila je biorazgradive kapsule iz morskih algi s vodom, umjesto tradicionalnih boca. Ovaj je prijedlog vrlo inovativan i uspješan te je već testiran na londonskom maratonu.

uzgoj

U nekim je kulturama poput jagoda uobičajena praksa oblaganje tla plastičnim listom radi suzbijanja korova i izbjegavanja smrzavanja. U tom su smislu bioplastične obloge poput Agrobiofilma razvijene da zamijene konvencionalnu plastiku.

-Objekti za trajne primjene

Primjena bioplastike nije ograničena na objekte uporabe i odlaganja, ali se može koristiti u trajnijim objektima. Na primjer, tvrtka Zoë b Organic proizvodi igračke za plažu.

Složene komponente opreme

Toyota koristi bioplastiku u nekim auto dijelovima, poput komponenti za klima uređaje i upravljačke ploče. Za to koristi bioplastiku poput Bio-PET i PLA.

Sa svoje strane, Fujitsu koristi bioplastiku za izradu računalnih miševa i dijelova tipkovnice. U slučaju tvrtke Samsung, neki mobilni telefoni imaju kućišta izrađena uglavnom od plastike.

-Graditeljstvo i niskogradnja

Škrobna bioplastika korištena je kao građevinski materijal i bioplastika ojačana nano vlaknima u električnim instalacijama.

Osim toga, korišteni su u proizvodnji šuma namještaja od bioplastike, koji nisu napadnuti ksilofagnim insektima i ne trunu s vlagom.

-Farmaceutske primjene

Izrađene su s bioplastičnim kapsulama koje sadrže droge i nosače droga koji se oslobađaju polako. Dakle, bioraspoloživost lijekova se regulira vremenom (doza koju pacijent primi u određenom vremenu).

-Medicinske aplikacije

Celulozna bioplastika primjenjiva u implantatima, inženjeringu tkiva, hitinskoj i hitozanskoj bioplastici proizvedena je za zaštitu rana, inženjering koštanog tkiva i regeneraciju kože ljudi.

Celulozna bioplastika također se proizvodi za biosenzore, smjese s hidroksiapatitom za proizvodnju zubnih implantata, bioplastičnih vlakana u kateterima, između ostalog.

- Zračni, pomorski i kopneni promet i industrija

Krute pjene na bazi biljnih ulja (bioplastika) korištene su, kako u industrijskim tako i u transportnim uređajima; auto dijelovi i zrakoplovni dijelovi.

Elektronske komponente mobitela, računala, audio i video uređaja također su proizvedene iz bioplastike.

-Uzgoj

Bioplastični hidrogeli koji apsorbiraju i zadržavaju vodu i mogu je sporo oslobađati korisni su kao zaštitna pokrivača za kultivirano tlo, održavajući njegovu vlažnost i pogoduju rastu poljoprivrednih nasada u suhim krajevima i u kišnim sezonama.

Reference

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastika: dobivanje i primjena polihidroksialkanoata. Farmaceutski fakultet, Sveučilište u Sevilli. Stupanj farmacije. 36 str.
2. Bezirhan-Arikan E i H Duygu-Ozsoy (2015). Pregled: Istraživanje bioplastike. Časopis za građevinarstvo i arhitekturu 9: 188-192. De Almeida A, JA Ruiz, NI López i MJ Pettinari (2004). Bioplastika: ekološka alternativa. Živa kemija, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Proizvodnja bioplastike iz jeftinih izvora. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Publishing Dr. Müller, Berlin, Njemačka. 145 str.
4. Labeaga-Viteri A (2018). Biorazgradivi polimeri. Važnost i potencijalne aplikacije. Nacionalno sveučilište obrazovanja na daljinu. Prirodoslovno-matematički fakultet, Odjel za anorgansku kemiju i kemijsko inženjerstvo. Magisterij iz kemijske znanosti i tehnologije. 50 str.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia i AK Mohanty (2013). Plastika i bionanokompoziti koji se temelje na biološkoj osnovi: trenutni status i buduće mogućnosti. Prog. Polim. Sci. 38: 1653-1689.
6. Satish K (2017). Bioplastika - klasifikacija, proizvodnja i njihove potencijalne primjene u hrani. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.