Biodegradowalne tworzywa sztuczne mogą być pochodzenia biologicznego lub oparte na paliwach kopalnych. W ostatnich latach wyprodukowano nowe rodzaje tworzyw sztucznych, aby rozwiązać problem zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi, próbując skrócić czas potrzebny do ich degradacji, szczególnie w warunkach naturalnych. Jednak nie wszystkie obecne biodegradowalne tworzywa sztuczne osiągnęły ten cel.
Definicja tworzyw biodegradowalnych
Biodegradowalne tworzywa sztuczne to takie, które można rozłożyć pod wpływem działania drobnoustrojów, tworząc w rozsądnym czasie naturalne produkty końcowe, takie jak woda i dwutlenek węgla. Czas potrzebny do całkowitego rozkładu zależy od materiału, warunków środowiskowych, takich jak temperatura i wilgotność, oraz miejsca rozkładu według Instytutu Produktów Biodegradowalnych (BPI, str. 2).
Tworzywo kompostowalne to takie, które szybko ulega biodegradacji i zamienia się w humus niezanieczyszczony metalami. Nie wszystkie biodegradowalne tworzywa sztuczne nadają się do kompostowania; tylko niektórzy.
Materiały muszą spełniać wymagania specyfikacji ASTM D6400 lub D6868, aby można je było nazwać biodegradowalnymi i kompostowalnymi na lądzie, a także spełniać wymagania normy ASTM D7081 dla środowisk morskich. ASTM to ogólnoświatowa grupa zajmująca się standaryzacjami produktów.
Biopochodne tworzywa poliestrowe, które ulegają biodegradacji
Tworzywa sztuczne pochodzenia roślinnego nazywane są tworzywami pochodzenia biologicznego. Nie wszystkie z nich ulegają biodegradacji; na przykład istnieją butelki PET pochodzenia biologicznego, które są trwałe. Biotworzywa sztuczne, które ulegają biodegradacji, składają się z dwóch materiałów: biomasy i poliestrów pochodzących z roślin. Istnieją dwa rodzaje poliestrów pochodzenia biologicznego: kwas polilaktydowy (PLA) i polihydroksyalkanian (PHA).
Polihydroksyalkanian (PHA)
PHA jest produkowany naturalnie przez bakterie i rośliny organizmów modyfikowanych genetycznie (GMO), ale planuje się spróbować produkcji z odpadów spożywczych. Polihydroksymaślan lub PHB jest również rodzajem PHA, który jest szeroko stosowany. Wytwarzanie PHA jest drogie, ponieważ z bakterii można wyprodukować jedynie ograniczone ilości.
- Zastosowania:PHA są używane jako opakowania na żywność, kubki, talerze, powlekanie papieru i tektury oraz „wiele zastosowań medycznych, w tym szwy, gazy i powłoki leków” zgodnie z raportem Centrum Współpracy Przemysłu i Edukacji (raport CIEC). Może zastąpić większość powszechnie stosowanych obecnie tworzyw sztucznych na bazie paliw kopalnych, takich jak PE, PS, PVC i PET – zauważa Bio Based Press.
- Tworzywo sztuczne zawierające mieszankę skrobi i celulozy PHA: Niektóre elementy plastikowe są wykonane w całości z PHA, tak jak w przypadku butelek na wodę zauważa Bio Based Press. Ponieważ jednak produkcja PHA jest kosztowna, miesza się go również ze skrobią i celulozą, aby uczynić go bardziej ekonomicznym. Według Dartmouth Undergraduate Journal of Science (DUJS) ma to tę dodatkową zaletę, że poprawia szybkość rozkładu.
- Biodegradacja: Może być całkowicie kompostowalny w środowiskach bogatych w drobnoustroje i grzyby, zwłaszcza w glebie. Te drobnoustroje rozkładają PHA za pomocą enzymów. Czas niezbędny do degradacji zależy od stężenia drobnoustrojów w środowisku.
- Według Bio Based Press, PHA rozkłada się w przydomowych ogródkach przez dwa miesiące.
- Tempo rozkładu jest znacznie wolniejsze w wodach morskich, gdzie po sześciu miesiącach rozkłada się mniej niż 50%, dodaje CalRecycle (str. 6). PHA przeszedł test ASTM D7081, wykazując 30% rozkładu w ciągu sześciu miesięcy (str. 7).
Kwas polilaktydowy (PLA)
DUJS wyjaśnia, że PLA to tworzywo termoplastyczne powstające w wyniku fermentacji przez bakterie. PLA to w rzeczywistości długi łańcuch wielu cząsteczek kwasu mlekowego. Ponieważ istnieje wiele niedrogich sposobów wytwarzania kwasu mlekowego, wystarczy je jedynie spolimeryzować lub połączyć. Dlatego PLA jest tańszy niż PHA. Jednakże PLA jest kruchy i jego zastosowanie jest bardziej ograniczone niż PHA. Producenci obchodzą ten problem, włączając dodatki lub polimery.
- Zastosowania: Tworzy się z niego torby spożywcze, opakowania na żywność, butelki, kubki i talerze. Ponieważ dobrze rozkłada się w obecności kwasów, stosuje się go w niektórych zastosowaniach medycznych, takich jak szwy medyczne i płytki, gdzie rozpuszcza się po 90 dniach, jak stwierdza raport CIEC. Jest również używany do drukowania 3D obiektów.
- PLA i mieszanki polimerów: PHA można również mieszać z polimerami ze źródeł odnawialnych w celu poprawy jego właściwości zgodnie z DUJS.
- Biodegradacja: PLA nie można łatwo kompostować na podwórku, ponieważ w tym środowisku nie można łatwo uzyskać wymaganej temperatury i poziomu wody.
- PLA może zająć od sześciu do 12 miesięcy rozkład w glebie.
- PLA rozkłada się w obiektach komercyjnych od trzech do sześciu miesięcy, zauważa World Centric.
- Kiedy rozkład zachodzi w obecności tlenu, końcowymi produktami są dwutlenek węgla i woda.
- Jeśli degradacja PLA zachodzi na składowiskach bez tlenu, powstaje metan, który jest 20 razy bardziej szkodliwy dla środowiska niż dwutlenek węgla wskazuje na uwalnianie się przez Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne (str. 2).
- PLA nie przeszedł testu ASTM D7081, ponieważ według CalRecycle (str. 7) tylko 3% uległo rozkładowi w wodach morskich po sześciu miesiącach.
Ponieważ PLA nie rozkłada się szybko w glebie ani wodzie morskiej, może to stanowić problem w przypadku zaśmiecenia.
Biodegradowalne tworzywa sztuczne na bazie biomasy
Tworzywo sztuczne na bazie biomasy produkowane jest ze skrobi i celulozy pozyskiwanej z resztek pożniwnych oraz drewna z drzew.
Ocet celulozy
Octan celulozy (CA) to produkt syntetyczny otrzymywany z celulozy występującej w każdej części rośliny. Według publikacji naukowej z 2018 r. celulozę wykorzystuje się obecnie z bawełny, drewna i odpadów roślinnych. Można go stosować do formowania stałych tworzyw sztucznych, filtrów papierosowych, powłok, klisz fotograficznych i filtrów. Celofan to biodegradowalna folia produkowana z celulozy. Trwają nowe badania w celu znalezienia nowych folii z tworzyw sztucznych z odpadów roślinnych i drewna, które są wodoodporne i biodegradowalne według Phys.org.
Biodegradowalność: Badania pokazują, że CA rozkłada się i zmniejsza swoją wagę o 70% po 18 miesiącach przebywania w naturze.
Skrobia
W recenzji z 2017 r. zauważono, że skrobię poddaje się działaniu ciepła, wody i plastyfikatorów, aby wytworzyć tworzywo termoplastyczne. Aby poprawić jego wytrzymałość, łączy się go z wypełniaczami wykonanymi z innych materiałów. Głównymi źródłami skrobi są kukurydza, pszenica, ziemniaki i maniok. Tworzywo to wykorzystywane jest w opakowaniach, torebkach i foliach do ściółkowania rolniczego, zastawie stołowej, doniczkach oraz formach do produkcji opakowań i towarów konsumpcyjnych. Według Food Packaging Forum jest on postrzegany jako alternatywa dla polistyrenu (PS). Skrobię dodaje się do biopochodnych i konwencjonalnych tworzyw sztucznych, aby uczynić je bardziej biodegradowalnymi, zauważa raport Phys 2017.
Biodegradowalność: Tworzywa sztuczne na bazie skrobi mogą być kompostowalne lub jedynie biodegradowalne. Warianty nadające się do kompostowania wymagają 90 dni na degradację w obiektach przemysłowych, podczas gdy biodegradowalne wymagają 100 dni na degradację w 46% i do dwóch lat na całkowitą degradację.
Biodegradowalne tworzywa sztuczne na bazie paliw kopalnych
Według Bioplastics Guide istnieje kilka nowych tworzyw sztucznych pochodzących z paliw kopalnych, które również mogą ulegać biodegradacji. Najpopularniejsze to bursztynian polibutylenu (PBS), polikaprolakton (PCL), tereftalan adypinianu polimaślanu (PBAT) i alkohol poliwinylowy (PVOH/PVA).
- PBATto polimer wytwarzany z pochodnych paliw kopalnych i czasami używany w połączeniu ze skrobią. Trwają wysiłki w celu wyprodukowania tego polimeru ze źródeł odnawialnych. Przewodnik po biotworzywach postrzega go jako substytut LDPE i HDPE. Wykorzystuje się go do produkcji worków na śmieci, folii opakowaniowych, opakowań jednorazowych oraz zastawy stołowej (kubki, naczynia itp.). Jest nie tylko biodegradowalny, ale także kompostowalny.
- PCL to syntetyczny poliester używany do produkcji toreb kompostowalnych, stosowanych w medycynie (szwy i włókna), jako powłoki powierzchniowe, kleje do obuwia i skóry oraz usztywniacze do obuwia i obuwia szyny ortopedyczne. Ten plastik może zostać rozłożony przez drożdże. Ponad 90% folii i 40% pianki wykonanej z tego materiału ulega degradacji w ciągu 15 dni.
- PBS to żywica produkowana z paliw kopalnych lub może być również pochodzenia biologicznego zgodnie z Succinity (str. 1, 5). Można go łączyć z innymi biopolimerami lub włóknami, takimi jak juta, aby poprawić jego jakość. PBS jest używany do produkcji opakowań do żywności, artykułów usługowych, arkuszy ściółki rolniczej, doniczek, produktów higienicznych, takich jak pieluchy i sieci rybackich.
- PVOH to żywica, którą można wykorzystać do produkcji folii opakowaniowych, które mogą zastąpić LDPE i HDPE. Według Food Packaging Forum jego inne ważne zastosowania to powłoki i dodatki do produkcji papieru i tektury.
Wszystkie cztery tworzywa sztuczne na bazie paliw kopalnych ulegają biodegradacji w ciągu trzech miesięcy w kompostowaniu przemysłowym, w ciągu jednego roku w przypadku kompostowania przydomowego i w ciągu jednego do dwóch lat w glebie/składowiskach zgodnie z InnProBio (str. 4).
Recykling i kompostowanie
Należy pamiętać o właściwościach różnych biodegradowalnych tworzyw sztucznych, poddając je obróbce po zakończeniu ich cyklu życia, ostrzega Agencja Ochrony Środowiska (EPA).
- EPA wyjaśnia, że do pojemników przeznaczonych do recyklingu konwencjonalnych tworzyw sztucznych nie należy wrzucać biodegradowalnych tworzyw sztucznych, ponieważ są one wykonane z różnych materiałów. Dotyczy to zarówno paliw pochodzenia biologicznego, jak i paliw kopalnych.
- Mimo że tworzywa sztuczne są oznaczone jako biodegradowalne i nadające się do kompostowania, wiele z nich może ulec degradacji tylko w warunkach dostępnych w komercyjnych kompostowniach; skontaktuj się z lokalnymi agencjami zajmującymi się recyklingiem, aby uzyskać informacje o najbliższej kompostowni. W 2017 roku w USA było zaledwie 200 takich placówek, dlatego należy zwiększać liczbę tego typu ośrodków.
- Potwierdź, że torby nadają się do kompostowania w domu, postępując zgodnie z instrukcjami produktu, zanim wrzucisz je do pojemników na kompost.
- Odzysk materiału z biodegradowalnych tworzyw sztucznych nie jest możliwy w drodze recyklingu ze względu na brak odpowiednich obiektów.
Wydajna segregacja, zbieranie i degradacja są niezbędne, aby móc czerpać korzyści z tworzyw sztucznych pochodzenia biologicznego i biodegradowalnych. W przypadku jego braku większość biodegradowalnych tworzyw sztucznych trafia na wysypiska śmieci.
Przyszłość biodegradowalnych tworzyw sztucznych
Biodegradowalny charakter tworzyw sztucznych nie rozwiąże problemu zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi, jeśli nie są one odpowiednio utylizowane. Nadal konieczne jest, aby zachowania konsumentów skupiały się na ograniczaniu zużycia lub recyklingu tworzyw sztucznych, aby odnieść korzyści z przejścia z konwencjonalnych tworzyw sztucznych pochodzących z paliw kopalnych na tworzywa sztuczne ulegające biodegradacji.
