Biomuovi on muovimateriaali , joka on valmistettu uusiutuvista biomassalähteistä , kuten kasvirasvoista ja -öljyistä , maissitärkkelyksestä , oljesta , hakkeesta , sahanpurusta , kierrätetystä ruokajätteestä jne. [1] [2] [3] Biomuovia voidaan valmistaa maatalouden sivutuotteista . ja käytetyistä muovipulloista ja muista mikro- organismeja käyttävistä säiliöistä . Yleiset muovit, kuten fossiiliset polttoaineet (kutsutaan myös bensiinipolymeereiksi ) , valmistetaan öljystä tai maakaasusta . Kaikki biomuovit eivät ole biohajoavia eivätkä hajoa nopeammin kuin fossiilisista polttoaineista saadut muovit. [4] Biomuoveja johdetaan yleisesti sokerijohdannaisista , mukaan lukien tärkkelyksestä , selluloosasta ja maitohaposta . Vuodesta 2014 lähtien biomuovin osuus maailman polymeerimarkkinoista oli noin 0,2 % (300 miljoonaa tonnia). [5]
Kansainvälisen puhtaan ja sovelletun kemian liiton määritelmä:
Biopohjainen polymeeri - johdettu biomassasta tai eristetty biomassasta johdetuista monomeereistä, joka voidaan jossain vaiheessa prosessoida valmiiksi tuotteeksi puristimella.
Biomuoveja käytetään kertakäyttötavaroissa, kuten pakkauksissa , ruokailuvälineissä, ruukuissa, kulhoissa ja pilleissä. [7] Biomuoveille on useita kaupallisia sovelluksia. Periaatteessa ne voisivat korvata monet öljyperäisten muovien sovellukset, mutta kustannukset ja suorituskyky ovat edelleen ongelmallisia. Itse asiassa niiden käyttö on taloudellisesti hyödyllistä vain, jos sitä tukevat tavanomaisten muovien käyttöä rajoittavat erityismääräykset. Tyypillinen esimerkki on Italia, jossa biohajoavat muovipussit ja ostajat ovat olleet pakollisia vuodesta 2011 lähtien erityislain käyttöönoton myötä. [8] Rakennemateriaalien lisäksi kehitetään sähköaktiivisia biomuoveja, joita lupaa käyttää sähkövirran kuljettamiseen . [9]
Biopolymeerejä on saatavana paperin pinnoitteina yleisempien petrokemian pinnoitteiden sijaan. [kymmenen]
Termoplastinen tärkkelys on tällä hetkellä eniten käytetty biomuovi, ja sen osuus biomuovimarkkinoista on noin 50 %. Yksinkertainen tärkkelysbiomuovi voidaan valmistaa kotona. [11] Puhdas tärkkelys pystyy imemään kosteutta ja on siten sopiva materiaali lääkealan lääkekapseleiden valmistukseen. Myös joustavia tehostajia ja pehmittimiä , kuten sorbitolia ja glyseriiniä , voidaan lisätä, jotta tärkkelystä voidaan käsitellä myös termoplastisesti. Tuloksena olevan biomuovin (jota kutsutaan myös "termoplastiseksi tärkkelykseksi") ominaisuuksia voidaan räätälöidä erityistarpeiden mukaan säätämällä näiden lisäaineiden määrää.
Tärkkelyspohjaisia biomuoveja sekoitetaan usein biohajoavien polyestereiden kanssa tärkkelyksen/polymaitohapon, [12] tärkkelyksen/ polykaprolaktonin [13] tai tärkkelyksen/Ecoflexin [14] (BASF:n valmistama polybuteeniadipaattitereftalaatti [15] ) tuottamiseksi. seokset. Näitä seoksia käytetään teollisiin sovelluksiin ja ne ovat myös kompostoitavia. Muut valmistajat, kuten Roquette, ovat kehittäneet muita tärkkelys/ polyolefiinisekoituksia . Nämä seokset eivät ole biologisesti hajoavia, mutta niiden hiilijalanjälki on pienempi kuin samaan tarkoitukseen käytetyt öljypohjaiset muovit. [16]
Raaka-aineidensa alkuperän ansiosta tärkkelys on halpaa, runsasta ja uusiutuvaa. [17]
Tärkkelyspohjaiset muovit ovat monimutkaisia tärkkelyksen sekoituksia kompostoivien muovien, kuten polymaitohapon, polybuteeniadipaattitereftalaatin, polybuteenisukkinaatin, polykaprolaktonin ja polyhydroksialkanoaattien kanssa. Nämä monimutkaiset seokset parantavat vedenkestävyyttä sekä prosessointi- ja mekaanisia ominaisuuksia. [17] [18]
Tärkkelyspohjaiset kalvot (pääasiassa pakkaustarkoituksiin) valmistetaan pääasiassa tärkkelyksestä, joka on sekoitettu kestomuovipolyestereihin biohajoavien ja kompostoivien tuotteiden muodostamiseksi. Näitä kalvoja käytetään erityisesti kuluttajatuotteiden pakkaamiseen aikakauslehtikääreisiin ja kuplamuoviin. Elintarvikepakkauksissa näitä kalvoja pidetään leipomo- tai hedelmä- ja vihannespusseina. Näillä kalvoilla varustettuja kompostointipusseja käytetään orgaanisen jätteen valikoivassa keräyksessä. [17]
Lisäksi Maatalouden tutkimuspalvelussa työskentelevät tutkijat ovat kehittäneet uuden tärkkelyspohjaisen kalvon, jota voidaan käyttää paperina. [19] [20]
Selluloosabiomuovit ovat pääasiassa selluloosaestereitä (mukaan lukien selluloosa -asetaatti ja nitroselluloosa ) ja niiden johdannaisia, mukaan lukien selluloidi .
Selluloosa voi muuttua kestomuoviksi merkittävillä muutoksilla. Esimerkki tästä on selluloosa-asetaatti, joka on kallis ja siksi sitä käytetään harvoin pakkaamiseen. Tärkkelyksiin lisätyt selluloosakuidut voivat kuitenkin parantaa mekaanisia ominaisuuksia, kaasunläpäisevyyttä ja vedenkestävyyttä, koska ne ovat vähemmän hydrofiilisiä kuin tärkkelys. [17]
Shanghain yliopiston ryhmä onnistui luomaan uuden selluloosapohjaisen vihreän muovin kuumapuristusmenetelmällä. [21]
Biomuoveja voidaan valmistaa useista eri lähteistä peräisin olevista proteiineista. Esimerkiksi vehnägluteeni ja kaseiini ovat lupaavia erilaisten biohajoavien polymeerien raaka-aineina. [22]
Lisäksi soijaproteiinia pidetään yhtenä biomuovin lähteenä. Tällaisia materiaaleja on käytetty muoviteollisuudessa yli sata vuotta. Esimerkiksi alkuperäisen Ford-auton koripaneelit valmistettiin soijapohjaisesta muovista. [23]
Soijaproteiinipohjaisten muovien käytössä on vaikeuksia niiden vesiherkkyyden ja suhteellisen korkeiden kustannusten vuoksi. Siksi soijaproteiinin sekoittaminen joihinkin jo saatavilla oleviin biohajoaviin polyestereihin parantaa vesiherkkyyttä ja kustannuksia. [24]
Alifaattiset biopolyesterit ovat pääasiassa polyhydroksialkanoaatteja (PG), kuten poly-3-hydroksibutyraattia (PHB), polyhydroksivaleraattia (P) ja polyhydroksiheksanoaatteja (TNF).
Polylactic acid (PLA)Polymaitohappo (PLA) on kirkasta muovia , joka on johdettu maissista [25] tai dekstroosista . Se on ulkonäöltään samanlainen kuin tavalliset petrokemian aineet, kuten polystyreeni . Tällä on selkeä etu, että se hajoaa myrkyttömiksi tuotteiksi. Sillä on kuitenkin alhainen iskulujuus, lämpölujuus ja sulkuominaisuudet (estää ilman kulkeutumisen kalvon läpi) [5] . PLA:n ja PLA:n sekoituksia on yleensä saatavilla rakeina, joilla on erilaiset ominaisuudet, ja niitä käytetään muovinjalostusteollisuudessa kalvojen, kuitujen, muovisäiliöiden, kuppien ja pullojen valmistukseen. PLA on myös yleisin muovifilamenttityyppi , jota käytetään kovapintojen mallintamiseen kotona.
Poly-3-hydroksibutyraattiBiopolymeeri poly-3-hydroksibutyraatti (PHB) on polyesteri , jota tuottavat jotkin glukoosia, maissitärkkelystä [26] tai jätevettä käsittelevät bakteerit. [27] Sen ominaisuudet ovat samanlaiset kuin öljyperäisen polypropeenin ominaisuudet . PHB:n tuotanto kasvaa. Esimerkiksi Etelä-Amerikan sokeriteollisuus päätti laajentaa PHB:n tuotantoa teollisessa mittakaavassa. PHB eroaa ensisijaisesti fyysisistä ominaisuuksistaan. Se voidaan jalostaa läpinäkyväksi kalvoksi, jonka sulamispiste on yli 130 celsiusastetta, ja se on biohajoava ilman jäännöstä.
Polyhydroksialkanoaatit ovat lineaarisia polyestereitä , joita tuotetaan luonnollisesti sokerin tai lipidien bakteerikäymisellä . Bakteerit tuottavat niitä varastoimaan hiiltä ja energiaa. Teollisessa tuotannossa polyesteri uutetaan ja puhdistetaan bakteereista optimoimalla sokerin käymisolosuhteita. Tässä perheessä voidaan yhdistää yli 150 erilaista monomeeriä materiaalien valmistamiseksi, joilla on hyvin erilaiset ominaisuudet. PHA on taipuisampaa ja vähemmän elastista kuin muut muovit ja on myös biohajoava. Näitä muoveja käytetään laajalti lääketeollisuudessa.
PA 11 on luonnonöljyistä johdettu biopolymeeri . Se tunnetaan myös Arkeman kaupallistamalla tuotenimellä Rilsan B. PA 11 kuuluu teknisten polymeerien perheeseen eikä ole biohajoava. Sen ominaisuudet ovat samanlaiset kuin PA 12:lla, vaikka kasvihuonekaasupäästöt ja uusiutumattomien luonnonvarojen kulutus vähenevät tuotannon aikana. Sen lämmönkestävyys on myös korkeampi kuin PA 12:n. Sitä käytetään korkean suorituskyvyn sovelluksissa, kuten autojen polttoainelinjoissa, ilmajarrujen ilmaletkuissa, sähkökaapelin vaipat, taipuisat öljy- ja kaasuputket, ohjatut nesteletkut, urheilujalkineet, elektronisten laitteiden komponentit. ja katetrit.
Samankaltainen muovi on polyamidi 410 (PA 410), joka on johdettu 70-prosenttisesta risiiniöljystä kauppanimellä EcoPaXX, jota kaupallistaa DSM. [28] PA 410 on korkean suorituskyvyn polyamidi, jossa yhdistyvät korkea sulamispiste (noin 250°C), alhainen kosteuden imeytyminen ja erinomaisten kemikaalien kestävyys.
Polyeteenin päärakennuspalikka ( monomeeri ) on eteeni. Eteeni on kemiallisesti samanlainen kuin etanoli, ja sitä voidaan saada etanolista, jota voidaan saada fermentoimalla maatalouden raaka-aineita, kuten sokeriruo'oa tai maissia. Biologisesti johdettu polyeteeni on kemiallisesti ja fysikaalisesti identtistä perinteisen polyeteenin kanssa – se ei hajoa, mutta se voidaan kierrättää. Brasilialainen kemiankonserni Braskem väittää, että etanoli sitoo (poistaa ympäristöstä ) 2,15 tonnia hiilidioksidia tuotettua vihreää polyeteeniä kohti sen menetelmän avulla, jolla se tuottaa polyeteeniä sokeriruo'osta .
GM -maissia käytetään usein raaka-aineena, joten siihen pohjautuvat muovit ovat olemassa.
Biomuovin valmistustekniikat käyttävät "kasvitehdas" -mallia, joka käyttää geneettisesti muunnettuja viljelykasveja tai geneettisesti muunnettuja bakteereja tehokkuuden optimoimiseksi.
Viime aikoina on kiinnitetty paljon huomiota isosyanaatittomien polyuretaanien valmistukseen, jotka perustuvat biologisiin pohjaihin. Eräs tällainen esimerkki käyttää spontaania reaktiota polyamiinien ja syklisten karbonaattien välillä polyhydrokuretaanien muodostamiseksi. [29] Toisin kuin perinteiset silloitetut polyuretaanit, silloitettujen polyhydroksiuretaanien on osoitettu olevan mahdollista kierrättää ja kierrättää dynaamisten transkarbamoylaatioreaktioiden kautta. [kolmekymmentä]
Kasvi- ja eläinrasvoista ja öljyistä on syntetisoitu useita biomuoviluokkia . [31] Polyuretaaneja , [32] [33] polyestereitä , [34] epokseja [35] ja monia muita polymeerejä on kehitetty ominaisuuksiltaan samankaltaisilla kuin raakaöljypohjaisilla materiaaleilla. Olefiinien metateesin viimeaikainen kehitys on avannut laajan valikoiman raaka-aineita taloudelliselle konversiolle biomonomeereiksi ja polymeereiksi. [36] Perinteisten kasviöljyjen sekä halpojen mikrolevistä johdettujen öljyjen tuotannon kasvun myötä [37] tällä alalla on valtava kasvupotentiaali.
Materiaaleja, kuten tärkkelystä, selluloosaa, puuta, sokeria ja biomassaa käytetään korvaamaan fossiilisia polttoaineita biomuovin tuotannossa; Tämä tekee biomuovien valmistuksesta kestävämpää toimintaa verrattuna perinteiseen muovien tuotantoon. [38] Biomuovin ympäristövaikutuksista keskustellaan usein, koska on olemassa monia erilaisia "vihreyden" indikaattoreita (esim. vedenkäyttö, energiankäyttö, metsien hävittäminen, biohajoaminen jne.) [39] [40] [41] Siksi biomuovien ympäristövaikutukset Ne luokitellaan uusiutumattomien energialähteiden käyttöön, ilmastonmuutokseen, rehevöitymiseen ja happamoitumiseen [42] . Biomuovin tuotanto vähentää merkittävästi kasvihuonekaasupäästöjä ja vähentää uusiutumattoman energian kulutusta. Yritykset ympäri maailmaa voivat myös lisätä tuotteidensa ympäristön kestävyyttä käyttämällä biomuoveja [43]
Vaikka biomuovi säästää enemmän uusiutumatonta energiaa kuin tavanomaiset muovit ja tuottaa vähemmän kasvihuonekaasuja kuin perinteiset muovit, biomuovilla on myös kielteisiä ympäristövaikutuksia, kuten rehevöitymistä ja happamoitumista [42] . Biomuovit aiheuttavat suurempia rehevöitymismahdollisuuksia kuin perinteiset muovit. Biomassan tuotanto teollisesta maataloudesta aiheuttaa nitraattien ja fosfaattien suodattumisen vesistöihin; tämä aiheuttaa rehevöitymistä, eli runsasta ravintoainetta kehon vesissä. Rehevöityminen on uhka vesivaroille maailmanlaajuisesti, koska se tappaa vesieliöitä, luo kuolleita vyöhykkeitä ja aiheuttaa haitallisia leväkukintoja. [44] Biomuovit lisäävät myös happamoitumista. Biomuovien aiheuttama rehevöitymisen ja happamoitumisen voimakas lisääntyminen johtuu myös kemiallisten lannoitteiden käytöstä biomuovin valmistuksen uusiutuvien raaka-aineiden viljelyssä. [38]
Muita biomuovien ympäristövaikutuksia ovat pienempi ekotoksisuus ihmisille ja maaperälle sekä karsinogeeninen potentiaali verrattuna perinteisiin muoveihin [42] . Biomuoveilla on kuitenkin korkeampi vesiympäristön myrkyllisyys kuin tavanomaisilla materiaaleilla. Biomuovit ja muut biopohjaiset materiaalit lisäävät stratosfäärin otsonikatoa verrattuna perinteisiin muoveihin; Tämä on seurausta teollisen maatalouden biomassan tuotantoon tarkoitetun lannoituksen typpioksiduulipäästöistä. Keinotekoiset lannoitteet lisäävät typpioksiduulipäästöjä, varsinkin kun kasvi ei tarvitse kaikkea typpeä. [45] Biomuovien vähäisiin ympäristövaikutuksiin sisältyy myrkyllisyys, joka aiheutuu torjunta-aineiden käytöstä biomuovin valmistukseen käytettäville viljelykasveille. [38] Biomuovit aiheuttavat myös hakkuukoneiden hiilidioksidipäästöjä. Muita vähäisiä ympäristövaikutuksia ovat runsas vedenkulutus biomassan viljelyssä, maaperän eroosio, maaperän hiilen häviäminen ja biologisen monimuotoisuuden väheneminen, jotka johtuvat pääasiassa biomuoviin liittyvästä maankäytöstä. Maan käyttö biomuovin tuotantoon johtaa hiilen imeytymisen vähenemiseen ja lisää hiilikustannuksia siirtämällä maata sen olemassa olevista käyttötavoista [46] .
Vaikka biomuovit ovat erittäin hyödyllisiä, koska ne vähentävät uusiutumattomien energialähteiden kulutusta ja kasvihuonekaasupäästöjä, ne vaikuttavat myös kielteisesti ympäristöön maan ja veden kulutuksen, torjunta-aineiden ja lannoitteiden käytön, rehevöitymisen ja happamoitumisen kautta. Siksi biomuovien tai tavanomaisten muovien suosiminen riippuu siitä, mikä tuottaa merkittävimmän ympäristövaikutuksen. [38]
Toinen biomuovin ongelma on, että jotkut biomuoveista valmistetaan viljelykasvien syötävistä osista. Tämä saa biomuovin kilpailemaan elintarviketuotannon kanssa, koska biomuovia tuottavia viljelykasveja voidaan käyttää myös ihmisten ruokkimiseen. [47] Näitä biomuoveja kutsutaan "ensimmäisen sukupolven raaka-ainebiomuoveiksi". 2. sukupolven biomuoveissa käytetään non food -kasveja (selluloosaraaka-aineita) tai 1. sukupolven raaka-aineiden jätettä (esimerkiksi jätekasviöljy). Kolmannen sukupolven biomuoveissa käytetään levää raaka-aineena. [48]
Minkä tahansa muovin biohajoaminen on prosessi, joka tapahtuu kiinteän ja nesteen rajapinnassa, jolloin nestefaasissa olevat entsyymit depolymeroivat kiinteän faasin [49] Biomuovit ja tavanomaiset muovia sisältävät lisäaineet ovat biohajoavia. [50] Biomuovit ovat biohajoavia monissa ympäristöissä, joten ne ovat hyväksyttävämpiä kuin perinteiset muovit. [51] Biomuovin biohajoavuutta esiintyy erilaisissa ympäristöolosuhteissa, kuten maaperässä, vesiympäristössä ja kompostissa. Sekä biopolymeerin tai biokomposiitin rakenne että koostumus vaikuttavat biohajoamisprosessiin, joten koostumuksen ja rakenteen muuttaminen voi lisätä biohajoavuutta. Maaperä ja komposti ympäristöolosuhteina ovat tehokkaampia biohajoamisessa suuren mikrobimonimuotonsa vuoksi. Kompostointi ei ainoastaan hajota tehokkaasti biomuovia, vaan myös vähentää merkittävästi kasvihuonekaasupäästöjä. Biomuovin biohajoavuutta kompostiympäristöissä voidaan lisätä lisäämällä liukoista sokeria ja nostamalla lämpötilaa. Toisaalta maaperässä on runsaasti erilaisia mikro-organismeja, mikä helpottaa biomuovin biohajoamista. Maaperän biomuovit vaativat kuitenkin korkeampia lämpötiloja ja pidempiä aikoja biohajoamiseen. Jotkut biomuoveista hajoavat tehokkaammin vesistöissä ja merijärjestelmissä; tämä aiheuttaa kuitenkin riskin meriekosysteemeille ja makealle vedelle. Tästä syystä voidaan perustellusti päätellä, että biomuovin biohajoaminen vesistöissä, joka johtaa vesieliöiden kuolemaan ja vesien saastumiseen, voidaan pitää yhtenä biomuovin negatiivisista ympäristövaikutuksista.
Kemialliset yritykset tuottivat orgaanisia muoveja koko 1900-luvun ajan, mutta ensimmäinen yksinomaan biomuoveille omistautunut yritys, Marlborough Biopolymers, perustettiin vuonna 1983. Marlborough ja muut myöhemmät hankkeet eivät kuitenkaan saavuttaneet kaupallista menestystä. Ensimmäinen tällainen pitkäjänteistä taloudellista menestystä tuonut yritys oli vuonna 1989 perustettu italialainen Novamont. [52]
Uusien biohajoavien ja biohajoavien polymeerien tutkimiseen ja testaamiseen liittyvien kustannusten ja ajan vuoksi biomuovit ovat olleet kaupallisesti epäedullisemmassa asemassa petrokemiallisiin muoveihin verrattuna. Biomuovien osuus kaikesta maailmassa tuotetusta muovista on alle 1 % [53] ja viime aikoihin asti niiden tuotanto oli keskimäärin 2-4 kertaa kalliimpaa kuin petrokemian muovit. [54] Suurin osa biomuoveista ei vielä säästä enempää hiilidioksidipäästöjä kuin mitä niiden tuotanto vaatii. [55] Tutkimuskustannusten lisäksi biomuoveilta puuttuu petrokemian muovien monipuolisuus, koska monilla tavanomaisilla muoveille ei ole biologista vastinetta, joka vastaisi niiden laatua. [56] Lopuksi ala kohtaa logistisia haasteita sekä materiaalilähteiden että jätteenkäsittelyinfrastruktuurin suhteen. Koska suurin osa biomuoveista valmistetaan kasvisokereista, tärkkelyksistä tai öljyistä, on arvioitu, että joka vuosi tuotetun 250 miljoonan tonnin muovin korvaaminen bio- pohjaiset muovit. Kun biomuovit saavuttavat elinkaarensa lopun, kompostoituvat ja biohajoavina myytävät materiaalit päätyvät usein kaatopaikoille kunnollisten kompostointi- tai jätteenlajittelutilojen puutteen vuoksi, missä niistä vapautuu metaania anaerobisen hajoamisen kautta. [57] Tästä huolimatta biomuoviteollisuus kasvoi 20-30 % vuodessa. BCC Research ennustaa, että globaalit biohajoavien polymeerien markkinat kasvavat keskimäärin yli 17 %:n yhdisteiden kasvuvauhdilla vuoden 2012 aikana, ja tämä kasvuvauhti on itse asiassa ylitetty. Biomuovin ennustetaan olevan 5 % kaikesta vuonna 2020 tuotetusta muovista ja 40 % kaikesta vuonna 2030 tuotetusta muovista [58] Ceresana ennustaa, että kun biomuovi saavuttaa 5 % muovimarkkinoista vuonna 2020, biomuovimarkkinoiden arvo on 5. 8 dollaria miljardia, kolme kertaa biomuovin markkinat vuonna 2014. [59] Biomuovin suurin kysyntä on pakkauksissa, mikä johtuu laajalle levinneestä huolesta petrokemian muovien käytöstä kertakäyttöisissä tuotteissa, jotka jäävät loukkuun kaatopaikoille tai luontoon. Pakkaukset muodostavat edelleen 60 % biomuovimarkkinoista ja tarjoavat alan suurimman osuuden kasvusta. [60] Markkinoilla on tapahtunut muutos biomuovin, erityisesti hajoavien pakkausten, lisääntyneen kysynnän vuoksi. Tämä on erityisen havaittavissa Länsi-Euroopassa, jonka osuus biohajoavien muovien maailmanlaajuisesta kysynnästä oli vuonna 2014 yli 45 prosenttia. Tämä kuluttajien vaatimus kestävämpien vaihtoehtojen suhteen on nähty myös viimeaikaisissa politiikoissa. Italia on kieltänyt öljypohjaisten muovipussien käytön ja Saksassa on vero öljypohjaisten muovipussien käytöstä
Biopolymeeriteollisuus ei kuitenkaan ole kasvanut niin nopeasti kuin jotkut ennustivat. NNFCC ennusti alan tuotannon ylittävän 2,1 miljoonaa tonnia vuoteen 2013 mennessä [61] , mutta vuoteen 2017 mennessä biomuovia oli tuotettu vain 2,05 miljoonaa tonnia. Tämä on vain pieni murto-osa koko muoviteollisuudesta, joka tuotti 292 miljoonaa tonnia kestomuovia vuonna 2015. [62] Kun tuotanto laajenee, ei ole olemassa yleisiä standardeja, jotka säätelevät biomuoveja ja niiden tuotantoa tai hävittämistä. Tämä sisältää sen, ettei tuotteessa ole säännöksiä kestävän raaka-aineen määrästä, jota vaaditaan sen myymiseksi biomuovina. [63] Market and Marketin mukaan biohajoavien muovien maailmanlaajuiset markkinat ovat vasta alkamassa ja niiden osuus muovien kokonaismarkkinoista on alle 1 % [53] .
Markkinoiden pirstoutumisen ja epäselvien määritelmien vuoksi biomuovimarkkinoiden kokonaiskokoa on vaikea kuvailla, mutta arvioitu globaali tuotantokapasiteetti on 327 000 tonnia. [61] Sitä vastoin polyeteenin (PE) ja polypropeenin (PP), maailman johtavien petrokemian teollisuuden polyolefiinien, tuotannon arvioitiin olevan yli 150 miljoonaa tonnia vuonna 2015. [64]
vuosi | Biomuovin löytö tai kehitys |
---|---|
1862 | Parkesine - Alexander Parks |
1868 | Selluloidi – John Wesley Hyatt |
1897 | Galalith - saksalaiset kemistit |
1907 | Bakeliitti - Leo Baekeland |
1912 | Selofaani - Jacques E. Brandenberger |
1920-luku | Polylactic ACid (PLA) - Wallace Carothers |
1926 | Polyhydroksibutyraatti (PHB) - Maurice Lemoine |
1930-luku | Soijapapuauto - Henry Ford |
1983 | Biopal - Marlboro Biopolymers |
1989 | PLA maissista - Dr. Patrick R. Gruber; Matter-bi - Novamount |
1992 | PHB:tä voi tuottaa Arabidopsis thaliana (pieni kukkiva kasvi) |
1998 | Bioflex-kalvo (puhallettu, litteä, valettu) johtaa moniin erilaisiin biomuovin käyttötarkoituksiin |
2001 | PHB:tä voi tuottaa norsunruoho |
2007 | Mirel (100 % biohajoava muovi) yhtiöltä Metabolic inc. testattu markkinoilla |
2012 | Biomuovi on valmistettu merilevästä |
2013 | Verestä ja silloittimesta valmistettu biomuovi, jota käytetään lääketieteellisissä toimenpiteissä |
2014 | Biomuovi kasvijätteestä |
2016 | Biomuovinen banaaninkuorinen auton puskuri |
2017 | Biomuovit lignoselluloosavaroista (kasvikuiva aine) |
2018 | Biomuovihuonekalut, bionylon, hedelmäpakkaukset |
Toimialastandardin EN 13432 on täytettävä, jotta muovituote kompostoituu Euroopan markkinoilla. Siten vaaditaan useita testejä ja joukko hyväksymis-/hylkäyskriteerejä, mukaan lukien valmiin tuotteen hajoaminen (fyysinen ja visuaalinen hajoaminen) 12 viikon kuluessa, polymeeristen ainesosien biohajoaminen (orgaanisen hiilen muuntaminen CO2:ksi) 180 päivässä, kasvitoksisuus, ja raskasmetallit. ASTM 6400 on Yhdysvaltain sääntelykehys ja vastaavat vaatimukset.
Monet tärkkelyspohjaiset muovit, polyhappomuovit ja eräät alifaattiset - aromaattiset CO -polyesteriyhdisteet , kuten sukkinaatit ja adipaatit, ovat saaneet nämä sertifikaatit. Valohajoavina tai okso-biohajoavina markkinoidut lisäainepohjaiset biomuovit eivät täytä näitä standardeja nykyisessä muodossaan.
ASTM D 6002 -menetelmä muovin kompostoituvuuden määrittämiseksi määrittelee sanan kompostoituvuus seuraavasti:
joka pystyy hajoamaan biohajoamaan kompostipaikalla siten, että materiaali ei ole visuaalisesti erotettavissa ja hajoaa hiilidioksidiksi, vedeksi, epäorgaanisiksi yhdisteiksi ja biomassaksi nopeudella, joka vastaa tunnettuja kompostoitavia materiaaleja. [65]
Tämä määritelmä on herättänyt paljon kritiikkiä, koska toisin kuin sanan perinteinen määritelmä, se erottaa täysin "kompostin" prosessin tarpeesta tuottaa kompostia lopputuotteena. Ainoa tässä standardissa kuvattu kriteeri on, että kompostoivan muovin tulee näyttää samalta kuin minkä tahansa muun nopeasti hajoavan, joka on jo perinteisen määritelmän mukaan todettu kompostoitavaksi.
ASTM D 6002:n poistaminenTammikuussa 2011 ASTM peruutti ASTM D 6002:n, joka antoi muovinvalmistajille lailliset valtuudet merkitä muovit kompostoitaviksi . Sen kuvaus on seuraava:
Tämä opas käsitti ehdotetut kriteerit, menettelyt ja yleisen lähestymistavan ympäristön kannalta hajoavien muovien kompostoitumisen määrittämiseksi. [66]
ASTM ei ole vielä korvannut tätä standardia.
ASTM D6866 -menetelmä kehitettiin bioperäisen biomuovisisällön sertifioimiseksi. Kosmiset säteet törmäävät ilmakehään tarkoittavat, että osa hiilestä on hiili-14: n radioaktiivista isotooppia . Kasvit käyttävät ilmakehän hiilidioksidia fotosynteesiin , joten uusi kasvimateriaali sisältää sekä hiili-14- että hiili -12 -hiiltä . Oikeissa olosuhteissa ja geologisen aikarajan puitteissa elävien organismien jäännökset voidaan muuttaa fossiiliseksi polttoaineeksi . 100 000 vuodessa kaikki alkuperäisessä orgaanisessa materiaalissa oleva hiili-14 hajoaa radioaktiivisesti, jolloin jäljelle jää vain hiili-12. Biomassasta valmistetun tuotteen hiili-14-pitoisuus on suhteellisen korkea, kun taas petrokemian tuotteessa ei hiili-14:ää. Uusiutuvan hiilen osuus materiaalissa (kiinteä tai nestemäinen) voidaan mitata kiihdytinmassaspektrometrillä . [67] [68]
Biohajoavuuden ja biopohjaisen sisällön välillä on tärkeä ero. Biomuovi, kuten korkeatiheyspolyeteeni (HDPE) [69] , voi olla 100 % biopohjaista (eli sisältää 100 % uusiutuvaa hiiltä), mutta se ei ole biohajoava. Näillä biomuoveilla, kuten HDPE:llä, on kuitenkin tärkeä rooli kasvihuonekaasupäästöjen torjunnassa, varsinkin kun niitä poltetaan energiantuotantoon. Näiden biomuovien biologista komponenttia pidetään hiilineutraalina, koska niiden ensisijainen lähde tulee biomassasta.
ASTM D5511-12 ja ASTM D5526-12 ovat muovien biohajoavuuden kansainvälisten standardien, kuten ISO DIS 15985, mukaisia testimenetelmiä.
Sanakirjat ja tietosanakirjat |
---|
Paketti | |
---|---|
Peruskäsitteet _ |
|
Erikoispakkaus _ |
|
Kontit |
|
Materiaalit ja komponentit |
|
Prosessit |
|
Mekanismit |
|
Ympäristö, myöhempi käyttö |
|
Luokka: Pakkaus |