Bioplasticele sunt materiale plastice produse din surse regenerabile de biomasa, cum ar fi grasimi si uleiuri vegetale, amidon de porumb, paie, aschii de lemn, rumegus, deseuri alimentare reciclate etc. Bioplasticul poate fi fabricat din subproduse agricole si, de asemenea, din materiale plastice uzate (adica sticle de plastic si alte recipiente) prin utilizarea microorganismelor.
Bioplasticele sunt de obicei derivate din derivati de zahar, inclusiv amidon, celuloza si acid lactic. Materialele plastice obisnuite, cum ar fi materialele plastice obtinute din combustibil fosil (numite si polimeri petrobazati) sunt derivate din petrol sau gaze naturale.
Incepand cu 2014, bioplasticele reprezentau aproximativ 0,2% din piata globala a polimerilor (300 de milioane de tone). Desi bioplasticele nu sunt semnificative din punct de vedere comercial, cercetarile continua pe aceasta tema. Pe langa faptul ca sunt decuplate de industria petrochimica, bioplasticele sunt atractive, deoarece sunt biodegradabile. Totusi, nu toate materialele bioplastice disponibile astazi sunt biodegradabile.
Aplicatii
Bioplasticele sunt utilizate pentru articolele de unica folosinta, cum ar fi ambalajele, vesela, tacamurile, ghivecele, bolurile, etc. Exista putine aplicatii comerciale pentru bioplastice. Costul si performanta raman problematice.
Tipic este exemplul Italiei, unde pungile de plastic biodegradabile sunt obligatorii din 2011, odata cu introducerea unei legi specifice. Dincolo de materialele structurale, sunt dezvoltate bioplastice electroactive care promit sa transporte curent electric.
Bioplasticele denumite bioplastice de intrare sunt identice din punct de vedere chimic cu echivalentul lor din combustibili fosili, dar sunt realizate din resurse regenerabile. Exemplele includ bio-PE, bio-PET, bio-propilena, bio-PP, si nailon cu baza bio.
Bioplasticele de colectare sunt usor de implementat tehnic, deoarece infrastructura existenta poate fi utilizata. O cale biologica dedicata permite producerea de produse care nu pot fi obtinute prin reactii chimice traditionale si poate crea produse care au proprietati unice si superioare, in comparatie cu alternativele pe baza de fosile.
Tipuri
Materiale plastice pe baza de amidon
Amidonul termoplastic reprezinta cel mai utilizat bioplastic, constituind aproximativ 50% din piata bioplasticelor. Folia bioplastica simpla de amidon, poate fi realizata acasa prin gelatinizarea amidonului si turnare. Amidonul pur este capabil sa absoarba umiditatea si este astfel un material adecvat pentru producerea capsulelor medicamentoase de catre sectorul farmaceutic. Cu toate acestea, bioplasticul pe baza de amidon pur este fragil.
Substantele plastifiante, cum ar fi glicerol, glicol si sorbitol pot fi, de asemenea adaugate, astfel incat amidonul sa poata fi prelucrat si termoplastic. Caracteristicile bioplasticului rezultat (numit si „amidon termoplastic”) pot fi adaptate nevoilor specifice prin ajustarea cantitatilor acestor aditivi. Tehnicile conventionale de prelucrare a polimerilor pot fi utilizate pentru a prelucra amidonul in bioplastic, cum ar fi extrudarea, turnarea prin injectie, turnarea prin compresie si turnarea solutiei. Proprietatile bioplasticului de amidon sunt in mare parte influentate de raportul amiloza / amilopectina.
In general, amidonul cu continut ridicat de amiloza are ca rezultat proprietati mecanice superioare. Cu toate acestea, amidonul cu continut ridicat de amiloza are o procesabilitate mai redusa datorita temperaturii sale mai mari de gelatinizare si a vascozitatii mai mari a topiturii.
Bioplasticele pe baza de amidon sunt adesea amestecate cu poliesteri biodegradabili pentru a produce amidon / acid polilactic, amidon / policaprolactona sau amidon / Ecoflex (polibutilen adipat-co-tereftalat produs de BASF) in amestecuri. Aceste amestecuri sunt utilizate pentru aplicatii industriale si sunt, de asemenea, compostabile.
Alti producatori, precum Roquette, au dezvoltat alte amestecuri de amidon / poliolefina. Aceste amestecuri nu sunt biodegradabile, dar au o amprenta de carbon mai mica decat materialele plastice pe baza de petrol utilizate pentru aceleasi aplicatii.
Amidonul este ieftin, abundent si regenerabil.
Filmele pe baza de amidon (utilizate in principal pentru ambalare) sunt fabricate in principal din amidon amestecat cu poliesteri termoplastici pentru a forma produse biodegradabile si compostabile. Aceste filme sunt folosite in mod special in ambalajele de bunuri de larg consum, in ambalaje de reviste, etc. In ambalajele pentru alimente, aceste filme sunt folosite pe post de pachete de brutarie sau pungi de fructe si legume. Mai mult, filmele pe baza de amidon pot fi folosite ca hartie.
Nanocompozitele pe baza de amidon au fost studiate pe scara larga, aratand proprietati mecanice imbunatatite, stabilitate termica, rezistenta la umiditate si proprietati de bariera impotriva gazelor.
Materiale plastice pe baza de celuloza
Bioplasticele de celuloza sunt in principal esterii celulozei, (inclusiv acetat de celuloza si nitroceluloza) si derivatii acestora, inclusiv celuloidul.
Celuloza poate deveni termoplastica atunci cand este modificata extensiv. Un exemplu in acest sens este acetatul de celuloza, care este scump si, prin urmare, este rar utilizat pentru ambalare. Cu toate acestea, fibrele celulozice adaugate la amidon pot imbunatati proprietatile mecanice, permeabilitatea la gaz si rezistenta la apa datorita faptului ca sunt mai putin hidrofile decat amidonul.
Un grup de la Universitatea din Shanghai a reusit sa construiasca un nou plastic verde pe baza de celuloza printr-o metoda numita presare la cald.
Materiale plastice pe baza de proteine
Bioplasticele pot fi fabricate din proteine din diferite surse. De exemplu, glutenul de grau si cazeina prezinta proprietati promitatoare ca materie prima pentru diferiti polimeri biodegradabili.
In plus, proteinele din soia sunt considerate o alta sursa de bioplastic. Proteinele din soia sunt utilizate in productia de plastic de peste o suta de ani. De exemplu, panourile caroseriei unui automobil Ford original erau fabricate din plastic pe baza de soia.
Exista dificultati in utilizarea materialelor plastice pe baza de proteine din soia, din cauza sensibilitatii lor la apa si a costului relativ ridicat. Prin urmare, producerea de amestecuri de proteine din soia cu niste poliesteri biodegradabili deja disponibili, imbunatateste sensibilitatea si costul apei.
Impact asupra mediului
Materiale precum amidonul, celuloza, lemnul, zaharul si biomasa sunt utilizate ca inlocuitor pentru resursele de combustibili fosili, pentru a produce bioplastice; acest lucru face ca productia de bioplastice sa fie o activitate mai durabila in comparatie cu productia conventionala de plastic. Impactul bioplasticelor asupra mediului este adesea dezbatut, deoarece exista multe metrici diferite pentru termenul de „eco” (de exemplu, utilizarea apei, utilizarea energiei, defrisari, biodegradare etc.).
Prin urmare, impactul asupra mediului dat de bioplastice, este clasificat in utilizarea energiei nereinnoibile, schimbarile climatice, eutrofizare si acidificare. Productia de bioplastic reduce semnificativ emisiile de gaze cu efect de sera si scade consumul de energie neregenerabila. Firmele din intreaga lume ar putea, de asemenea, sa creasca sustenabilitatea ecologica a produselor lor, folosind bioplastic.
Desi bioplasticele economisesc mai multa energie nerenovabila decat materialele plastice conventionale si emit mai putin GES in comparatie cu materialele plastice conventionale, materialele bioplastice au, de asemenea, efecte negative asupra mediului, cum ar fi eutrofizarea si acidificarea. Bioplasticele induc potentiale de eutrofizare mai mari decat materialele plastice conventionale.
Productia de biomasa in timpul practicilor agricole industriale determina filtrarea nitratilor si fosfatului in corpurile de apa; acest lucru determina eutrofizarea. Eutrofizarea este o amenintare pentru resursele de apa din intreaga lume, deoarece provoaca infloriri de alge daunatoare care creeaza in apa zone lipsite de oxigen, ucigand speciile acvatice.
Bioplasticele cresc, de asemenea, acidificarea. Cresterea ridicata a eutrofizarii si acidificarii cauzata de bioplastice este cauzata si de utilizarea ingrasamintelor chimice in cultivarea materiilor prime regenerabile pentru a produce bioplastice.
Alte impacturi asupra mediului ale bioplasticelor includ exercitarea de ecotoxicitate umana si terestra mai redusa si potentiale cancerigene reduse, in comparatie cu materialele plastice conventionale. Cu toate acestea, bioplasticele exercita o ecotoxicitate acvatica mai mare decat materialele conventionale. Bioplasticele si alte materiale bio-bazate cresc epuizarea stratosferica a ozonului comparativ cu materialele plastice conventionale; acesta este rezultatul emisiilor de oxid de azot, in timpul aplicarii ingrasamintelor in timpul agriculturii industriale pentru producerea de biomasa.
Ingrasamintele artificiale cresc emisiile de oxid de azot, mai ales atunci cand cultura nu are nevoie de atat de mult azot. Impacturile minore ale bioplasticelor asupra mediului includ toxicitatea prin utilizarea pesticidelor pe culturile utilizate pentru fabricarea bioplasticelor. Bioplasticele provoaca, de asemenea, emisii de dioxid de carbon din vehiculele care recolteaza.
Alte impacturi asupra mediului includ consumul ridicat de apa pentru cultivarea biomasei, eroziunea solului, pierderile de carbon din sol si pierderea biodiversitatii si sunt in principal rezultatul utilizarii terenurilor asociate bioplasticelor. Utilizarea terenurilor pentru productia de bioplastice duce la pierderea retentiei carbonului si creste costurile.
Desi bioplasticele sunt extrem de avantajoase deoarece reduc consumul neregenerabil si emisiile de GES, ele afecteaza negativ mediul prin consumul de pamant si apa, folosind pesticide si ingrasaminte si avand ca rezultat (pe termen lung) eutrofizarea si acidificarea; prin urmare, preferinta fiecaruia pentru bioplastice sau pentru materialele conventionale, depinde de ceea ce consideram mai important (in functie de situatie), ca impact asupra mediului.
O alta problema a bioplasticelor este ca unele bioplastice sunt fabricate din partile comestibile ale culturilor. Acest lucru face ca bioplasticele sa concureze cu productia de alimente, deoarece culturile care produc bioplastice pot fi folosite si pentru hranirea oamenilor. Aceste bioplastice se numesc „materie prima de generatie bio.
Biodegradarea
Biodegradarea oricarui plastic este un proces care se intampla la interfata solida / lichida prin care enzimele din faza lichida depolimerizeaza faza solida. Anumite tipuri de bioplastice, precum si materialele plastice conventionale care contin aditivi, sunt capabile sa se biodegradeze. Bioplasticele sunt capabile sa se biodegradeze in medii diferite, prin urmare sunt mai acceptabile decat materialele plastice conventionale.
Biodegradabilitatea bioplasticelor are loc in diferite conditii de mediu. Atat structura, cat si compozitia biopolimerului sau a biocompozitului au un efect asupra procesului de biodegradare, prin urmare schimbarea compozitiei si structurii ar putea creste biodegradabilitatea. Solul, ca factor de mediu, este mai eficient in biodegradare datorita diversitatii microbiene ridicate.
Cu toate acestea, bioplasticele din mediul solului necesita temperaturi mai ridicate si un timp mai lung pentru a se biodegrada. Unele bioplastice se degradeaza mai eficient in corpurile de apa si in sistemele marine; cu toate acestea, acest lucru cauzeaza pericol pentru ecosistemele marine si pentru apa dulce.
Prin urmare, este corect sa concluzionam ca biodegradarea bioplasticelor in corpurile de apa, proces care duce la moartea organismelor acvatice, poate fi notata ca unul dintre impacturile negative asupra mediului ale bioplasticelor.
