Bioplasty 21. století

Z historie bioplastů lze snadno vyvodit, že předpona bio- nezaručuje ekologicky šetrný výrobek. Celkovou udržitelnost materiálu je třeba sledovat po celou dobu jeho životního cyklu.

Udržitelné bioplasty by se měly vyhnout následujícím problémům:

Vstupní suroviny

těžba nerostných surovin, odlesňování, konkurence s potravinářskou výrobou a výrobou krmiv.

Výroba

používání nebezpečných chemických látek při výrobě bioplastů zdravotní rizika při práci, kontaminace životního prostředí v lokalitě zpracování.

Použití

kvalita materiálu musí být odpovídající nízká životnost výrobku zvyšuje jeho ekologickou stopu.

Konec životnosti

recyklace bioplastů musí být dostupná. V případě biologicky rozložitelných bioplastů je třeba zajistit podmínky pro ideální rozklad – i v případě biologicky rozložitelných materiálů je třeba řešit nakládání s odpady.

Současný výzkum a vývoj se zaměřuje na materiály, které mohou zabránit všem výše uvedeným problémům. Jedná se především o biologicky odbouratelné materiály z obnovitelných zdrojů. Nejčastěji se jedná o materiály na bázi škrobu, dále o kyselinu polymléčnou (PLA) a polyhydroxyalkanoáty (PHA). Škála surovin je však široká – cukry, bílkoviny, celulóza, lignocelulóza, chitin, chitosan, rostlinné rezidua, houby, řasy. Ne vždy jsou však splněna všechna kritéria udržitelnosti.

Kyselina polymléčná (PLA)


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

PLA byla objevena ve 20. letech 20. století, ale kvůli vysoké ceně se dosud komerčně nevyráběla. To se změnilo v roce 1989, kdy Patrick R. Gruber objevil způsob výroby PLA z kukuřice. To umožnilo společnosti Novamont vyvinout bioplasty pod komerční značkou MATER-BI. V roce 1997 zahájily výrobu PLA z kukuřice také společnosti Cargill a Dow Chemicals. Ty v roce 2001 spustily komerční výrobu a od roku 2005 známe tuto společnost jako NatureWorks, jednoho z hlavních výrobců PLA. PLA je odolný polymer na biologické bázi, ale přesto má jisté nevýhody, především: 1) konkurenci s výrobou potravin a krmiv, 2) nedostatečnou biologickou rozložitelnost a špatné nakládání s odpady.

Polyhydroxyalkanoáty (PHA)


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

V roce 1926 objevil francouzský agronom Maurice Lemoign polyhydroxybutyrát (PHB) – zásobní polymer mikroorganismů – u bakterie Bacillus megaterium. Ale až v 60. letech 20. století se věda zaměřila také na další PHA produkované bakteriemi, konkrétně na P3HV a P3HHx. Trvalo dlouho, než byl Lemoignův objev uveden do praxe – v roce 1983 byla založena společnost Malborough Biopolymers, která představila materiál s názvem Biopol. V roce 1992 byla v časopise Science publikována studie popisující produkci PHB v rostlinách. To přitáhlo pozornost společnosti Monsanto, která v roce 1996 koupila Biopol a začala jej vyrábět pomocí rostlin namísto bakterií. V roce 2001 převzala výrobu společnost Metabolix Inc, nyní známá jako Yield10 Bioscience, která se věnuje výrobě PHA pomocí olejnin. Je třeba poznamenat, že vývoj technologií na výrobu PHA (ať už v mikroorganismech, nebo v rostlinách) umožnil pokrok v molekulární biologii a modifikaci genomu. V roce 2006 bylo známo již asi 150 různých PHA. Komerční výroba snížila náklady na tyto materiály a začaly se intenzivně testovat pro různé aplikace s velkým potenciálem v oblasti zdravotnictví. Současný výzkum se zaměřuje především na výrobu PHA z odpadních zdrojů a jejich recyklaci.

Biopropylen (Bio-PP) a Bioetylen (Bio-PE)

Polyethylen je nejrozšířenějším plastem na světě. Etylen, monomer PE, se obvykle vyrábí z ropy. Nové metody však umožňují vyrábět ethylen z bioethanolu. Tento bioPE získaný fermentací plodin má stejné chemické a materiálové vlastnosti jako PE na bázi ropy, a to i s ohledem na proces mechanické recyklace. To představuje velkou výhodu, protože nakládání s odpadem z Bio-PE a Bio-PP je již zavedeno a tyto materiály lze plně recyklovat. Nejsou však biologicky odbouratelné v takové míře jako plasty na bázi ropy, takže přispívají ke znečištění plastovým odpadem. Výroba Bio-PP vyžaduje bio-isobutanol. Co se týče výroby Bio-PE, proces, který se používá k získání bio-PP, je méně probádán. Bio-PP tudíž teprve vstupuje na trh.


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

Níže uvedená tabulka shrnuje přehled nejdůležitějších používaných plastů. Hodnotí polymery na základě jejich původu (biologické, biosyntetické) a konce jejich životnosti (kompostovatelné, doma kompostovatelné). Biosyntetizované materiály jsou ty, které získaly svou chemickou strukturu v živém organismu, jako je celulóza nebo škrob z rostlin nebo PHA z bakterií. Ostatní polymery na bázi biosyntetických látek mají původ v obnovitelných zdrojích, ale jejich chemická struktura je vytvořena člověkem. Patří mezi ně bio-PE nebo PLA. Biologická rozložitelnost je velmi složitý pojem, který je třeba dále specifikovat. Zde můžete porovnat biologickou rozložitelnost ve dvou podmínkách, které jsou pro nakládání s odpadem z bioplastů nejdůležitější – kompostování a domácí kompostování. Průmyslové kompostování umožňuje regulaci teploty a vlhkosti s vyšší teplotou pro rozklad. Domácí kompostování nelze regulovat a teplota a další podmínky pro biologický rozklad se liší.


Warning: Undefined array key "rel" in /www/doc/www.hydalpoint.com/www/wp-content/plugins/glossary-by-codeat-premium/frontend/Core/Type/LinkTooltip.php on line 49

* Průmyslově kompostovatelné: „Průmyslově kompostovatelný obal“ označuje schopnost obalu se biologicky rozložit a rozložit pouze v komerčních kompostárnách. Průmyslové kompostárny zpracovávají obaly při vysokých teplotách (nad 55 °C, což je mnohem vyšší teplota, než jaké lze dosáhnout při domácím kompostování), aby se urychlil rozklad materiálu. V souladu s normou EN 13432. Kompostovatelné v domácích podmínkách: Obaly označené jako „kompostovatelné doma“ znamenají, že spotřebitel může obal jednoduše umístit do domácího kompostéru. Norma platná pro celou EU zatím není k dispozici! Výrobci již dlouho prezentují plně biologický PET, ale nikdy nebyl uveden na trh. PGLA – kyselina mléčná je založena na biologické bázi, ale kyselina glykolová se obvykle syntetizuje uměle. CA a silikonové kaučuky se mohou pomalu rozkládat, biologická rozložitelnost PET a PU byla zjištěna za specifických laboratorních podmínek.

Citace

1 Koller, M. and A. Mukherjee. Polyhydroxyalkanoates – Linking Properties, Applications and End-of-life Options. Chem. Biochem. Eng. Q. 2020, 34(3): 115-129. doi: https://doi.org/10.15255/CABEQ.2020.1819.