BIOPLAST: HVORDAN DE BLIR PRODUSERT, TYPER, FORDELER, ULEMPER - MILJØ - 2026

De Bioplastics er et hvilket som helst formbart materiale basert på polymerer av petrokjemisk opprinnelse eller biomasse som er biologisk nedbrytbare. I likhet med tradisjonell plast syntetisert fra petroleum, kan disse støpes til forskjellige gjenstander.

Avhengig av deres opprinnelse, kan bioplast fås fra biomasse (biobasert) eller være av petrokjemisk opprinnelse. Avhengig av nivået av nedbrytning er det derimot biologisk nedbrytbar og ikke-nedbrytbar bioplast.

Bestikk av biologisk nedbrytbar stivelses-polyester. Kilde: Scott Bauer

Økningen av bioplast oppstår som svar på ulempene generert av konvensjonell plast. Disse inkluderer akkumulering av ikke-nedbrytbar plast i havene og deponier.

På den annen side har konvensjonell plast et høyt karbonavtrykk og et høyt innhold av giftige elementer. I kontrast har bioplast flere fordeler siden de ikke produserer giftige elementer og generelt er biologisk nedbrytbare og resirkulerbare.

Blant de største ulempene med bioplast er deres høye produksjonskostnader og lavere motstand. Videre er noen av råvarene som brukes potensielle matvarer, noe som utgjør et økonomisk og etisk problem.

Noen eksempler på bioplastiske gjenstander er bionedbrytbare poser samt deler til kjøretøy og mobiltelefoner.

Kjennetegn på bioplast

Økonomisk og miljømessig betydning av bioplast

Ulike utilitaristiske gjenstander laget med bioplast. Kilde: Hwaja Götz, via Wikimedia Commons

Nylig har det vært en større vitenskapelig og industriell interesse for å produsere plast fra fornybare råvarer og som er biologisk nedbrytbare.

Dette skyldes det faktum at verdens oljereserver tappes, og det er større bevissthet om den alvorlige miljøskaden forårsaket av petroplast.

Med en økende etterspørsel etter plast i verdensmarkedet øker også etterspørselen etter biologisk nedbrytbar plast.

Biologisk nedbrytbarhet

Bionedbrytbart bioplastavfall kan behandles som organisk, raskt nedbrytende og ikke-forurensende avfall. For eksempel kan de brukes som jordendringer i kompostering, siden de blir resirkulert naturlig av biologiske prosesser.

Bioplast med utallige kommersielle bruksområder. Kilde: F. Kesselring, FKuR Willich, via Wikimedia Commons

Begrensninger av bioplast

Fremstillingen av biologisk nedbrytbar bioplast står overfor store utfordringer, fordi bioplast har dårligere egenskaper til petroplast, og deres anvendelse, selv om den vokser, er begrenset.

Forbedring av egenskapene til bioplast

For å forbedre egenskapene til bioplast utvikles biopolymerblandinger med forskjellige typer tilsetningsstoffer, for eksempel karbon-nanorør og kjemisk modifiserte naturlige fibre.

Generelt forbedrer tilsetningsstoffer påført bioplast egenskaper som:

• Stivhet og mekanisk motstand.
• Barriereegenskaper mot gasser og vann.
• Termoresistanse og termostabilitet.

Disse egenskapene kan konstrueres til bioplast ved kjemisk fremstillings- og prosesseringsmetoder.

Hvordan produseres bioplast?

Bioplast for emballasje laget av termoplaststivelse. Kilde: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

-Kort historie

Bioplastics predate konvensjonell petroleum-avledet syntetisk plast. Bruken av polymerer av plante- eller dyrestoff for å produsere plastmateriale går tilbake til 1700-tallet med bruk av naturgummi (latex fra Hevea brasiliensis).

Den første bioplasten, selv om den ikke fikk navnet, ble utviklet i 1869 av John Wesley Hyatt Jr., som produserte en plast avledet fra bomullscellulose som erstatning for elfenben. På samme måte på slutten av 1800-tallet ble kasein fra melk brukt til produksjon av bioplast.

På 1940-tallet undersøkte Ford-selskapet alternativer for bruk av vegetabilske råvarer for å lage deler til biler. Denne forskningsgrensen ble bedt om av begrensninger i bruken av stål under krigen.

Som et resultat av dette utviklet selskapet i løpet av året 1941 en bilmodell med et karosseri konstruert av hovedsakelig soyaderivater. Etter krigen var imidlertid ikke dette initiativet videreført.

I 1947 ble den første tekniske bioplasten produsert, Polyamid 11 (Rilsan som et varemerke). Senere, på 90-tallet, dukket PLA (polylactic acid), PHA (polyhydroxyalkanoates) og mykgjort stivelse frem.

-Råmateriale

Biobasert bioplast er de som er laget av plantebiomasse. De tre grunnleggende råvarekildene for biobasert er følgende.

Naturlige polymerer av biomasse

Naturlige polymerer laget direkte av planter, som stivelse eller sukker, kan brukes. For eksempel er "Potetplast" en biologisk nedbrytbar bioplast laget av potetstivelse.

Polymerer syntetisert fra biomasse monomerer

Et annet alternativ er å syntetisere polymerer fra monomerer utvunnet fra plante- eller dyrekilder. Forskjellen mellom denne ruten og den forrige er at det er nødvendig med en mellomliggende kjemisk syntese.

For eksempel produseres Bio-PE eller grønn polyetylen fra etanol oppnådd fra sukkerrør.

Bioplastics kan også produseres fra dyrekilder som glykosaminoglykaner (GAGs), som er eggeskallproteiner. Fordelen med dette proteinet er at det gjør det mulig å oppnå mer resistent bioplast.

Bioteknologi basert på bakteriekulturer

En annen måte å produsere polymerer for bioplast på er gjennom bioteknologi gjennom bakteriekulturer. På denne måten syntetiserer og lagrer mange bakterier polymerer som kan ekstraheres og behandles.

For dette blir bakteriene dyrket massivt i passende dyrkningsmedier og deretter behandlet for å rense den spesifikke polymeren. F.eks. Syntetiseres PHA (polyhydroksyalkanoater) av forskjellige bakterier som vokser i et medium med overskudd av karbon og uten nitrogen eller fosfor.

Bakterier lagrer polymeren i form av granuler i cytoplasmaet, som ekstraheres ved å bearbeide bakteriemassene. Et annet eksempel er PHBV (PolyhydroxyButylValerate), som er oppnådd fra bakterier matet med sukker oppnådd fra planterester.

Den største begrensningen av bioplastikken oppnådd på denne måten er produksjonskostnadene, hovedsakelig på grunn av de nødvendige kulturmediene.

Kombinasjon av naturlig polymer og bioteknologisk polymer

Ohio University utviklet en ganske sterk bioplast ved å kombinere naturgummi med PHBV bioplast, organisk peroksyd og trimetylolpropantriakrylat (TMPTA).

-Produksjonsprosess

Bioplast blir oppnådd ved forskjellige prosesser, avhengig av råstoffet og ønskede egenskaper. Bioplastikk kan oppnås gjennom elementære prosesser eller mer komplekse industrielle prosesser.

Grunnleggende prosess

Det kan gjøres matlaging og støping i tilfelle bruk av naturlige polymerer, som stivelse eller mais eller potetstivelse.

Dermed er en elementær oppskrift for å produsere en bioplast å blande maisstivelse eller potetstivelse med vann og tilsette glyserin. Deretter kokes denne blandingen til den tykner, støpes og får tørke.

Middels kompleksitetsprosesser

Når det gjelder bioplast produsert med polymerer syntetisert fra biomasse-monomerer, er prosessene noe mer komplekse.

For eksempel krever Bio-PE oppnådd fra sukkerrøretanol en serie trinn. Den første tingen er å trekke ut sukkeret fra stokk for å få etanol gjennom gjæring og destillasjon.

Deretter dehydratiseres etanolen og etylen oppnås, som må polymeriseres. Til slutt, ved bruk av termoformasjonsmaskiner, produseres gjenstander basert på denne bioplasten.

Komplekse og dyrere prosesser

Når det refereres til bioplast produsert av polymerer oppnådd ved bioteknologi, øker kompleksiteten og kostnadene. Dette er fordi bakteriekulturer er involvert som krever spesifikke kulturmedier og vekstbetingelser.

Denne prosessen er basert på det faktum at visse bakterier produserer naturlige polymerer som de er i stand til å lagre inne. Derfor, med utgangspunkt i de aktuelle ernæringselementene, blir disse mikroorganismer dyrket og bearbeidet for å trekke ut polymerene.

Bioplastics kan også lages fra noen alger, for eksempel Botryococcus braunii. Denne mikroalgen er i stand til å produsere og til og med utskille hydrokarboner i miljøet, hvorfra drivstoff eller bioplast blir oppnådd.

-Produksjon av produkter basert på bioplast

Det grunnleggende prinsippet er støping av gjenstanden, takket være de plastiske egenskapene til denne forbindelsen ved bruk av trykk og varme. Behandlingen utføres ved ekstrudering, injeksjon, injeksjon og blåsing, forformblåsing og termoforming og til slutt blir den utsatt for avkjøling.

typer

Emballasje laget av celluloseacetat. Kilde: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

Tilnærmingene til klassifisering av bioplast er forskjellige og er ikke uten kontroverser. Uansett er kriteriene som brukes for å definere de forskjellige typene opprinnelse og nivå av nedbrytning.

-Opprinnelse

I henhold til en generell tilnærming kan bioplast klassifiseres etter opprinnelse som biobasert eller ikke-biobasert. I det første tilfellet er polymerene hentet fra plante-, dyre- eller bakteriebiomasse og er derfor fornybare ressurser.

På den annen side er ikke-biobasert bioplast de som er produsert med polymerer syntetisert fra olje. Siden de kommer fra en ikke-fornybar ressurs, anser noen spesialister at de ikke bør behandles som bioplast.

-Nivå for nedbrytning

Når det gjelder nivået av nedbrytning, kan bioplast være biologisk nedbrytbart eller ikke. De biologisk nedbrytbare dekomponerer i relativt korte perioder (dager til noen måneder) når de blir utsatt for passende forhold.

Ikke-nedbrytbar bioplast oppfører seg som konvensjonell plast av petrokjemisk opprinnelse. I dette tilfellet måles forfallsperioden i flere tiår og til og med århundrer.

Det er også kontrovers om dette kriteriet, siden noen forskere mener at en ekte bioplast må være biologisk nedbrytbar.

-Origin og biologisk nedbrytning

Når de to foregående kriteriene er kombinert (opprinnelse og nedbrytningsnivå), kan bioplast klassifiseres i tre grupper:

1. Kommer fra fornybare råvarer (biobasert) og biologisk nedbrytbare.
2. De som er oppnådd fra fornybare råvarer (biobasert), men er ikke biologisk nedbrytbare.
3. Innhentet fra råvarer av petrokjemisk opprinnelse, men som er biologisk nedbrytbare.

Det er viktig å merke seg at for å betrakte en polymer som bioplast, må den gå inn i en av disse tre kombinasjonene.

Biobasert-biologisk nedbrytbar

Blant de biobaserte og biologisk nedbrytbare bioplastene har vi polymelkesyre (PLA) og polyhydroksyalkanoat (PHA). PLA er en av de mest brukte bioplastene og er hovedsakelig hentet fra mais.

Denne bioplasten har egenskaper som ligner polyetylentereftalat (PET, konvensjonell plast av polyestertype), selv om den er mindre motstandsdyktig mot høye temperaturer.

For sin del har PHA variable egenskaper avhengig av den spesifikke polymeren som utgjør den. Det er hentet fra planteceller eller gjennom bioteknologi fra bakteriekulturer.

Disse bioplastene er veldig følsomme for behandlingsbetingelser, og kostnadene er opptil ti ganger høyere enn vanlig plast.

Et annet eksempel på denne kategorien er PHBV (PolyhydroxyButylValerate), som er oppnådd fra planterester.

Biobasert-ikke-biologisk nedbrytbart

I denne gruppen har vi bio-polyetylen (BIO-PE), med egenskaper som ligner de på vanlig polyetylen. Bio-PET har på sin side egenskaper som ligner polyetylentereftalat.

Begge bioplastene er vanligvis produsert av sukkerrør, og oppnår bioetanol som et mellomprodukt.

Bio-polyamid (PA), som er en resirkulerbar bioplast med utmerkede varmeisolasjonsegenskaper, hører også til denne kategorien.

-Ikke-biobasert-biologisk nedbrytbar

Biologisk nedbrytbarhet har å gjøre med den kjemiske strukturen til polymeren og ikke med den anvendte råmaterialet. Derfor kan biologisk nedbrytbar plast fås fra petroleum med riktig prosessering.

Et eksempel på denne typen bioplast er polykaprolaktoner (PCL), som brukes til fremstilling av polyuretaner. Dette er en bioplast oppnådd fra petroleumderivater som polybutylensuccinat (PBS).

Fordel

Candy wrapper laget av PLA (polylactic acid). Kilde: F. Kesselring, FKuR Willich

De er biologisk nedbrytbare

Selv om ikke alle bioplastier er biologisk nedbrytbare, er sannheten at for mange mennesker er dette deres grunnleggende kjennetegn. Faktisk er søket etter den egenskapen en av de grunnleggende motorene i bioplastbommen.

Konvensjonell petroleumsbasert og ikke-nedbrytbar plast tar hundrevis og til og med tusenvis av år å bryte sammen. Denne situasjonen representerer et alvorlig problem, ettersom deponier og hav fylles med plast.

Av denne grunn er biologisk nedbrytbarhet en veldig relevant fordel, siden disse materialene kan spaltes i løpet av uker, måneder eller noen få år.

De forurenser ikke miljøet

Fordi det er biologisk nedbrytbare materialer, slutter bioplast å oppta plass som søppel. I tillegg har de den ekstra fordelen at de i de fleste tilfeller ikke inneholder giftige elementer som de kan slippe ut i miljøet.

De har et lavere karbonavtrykk

Begge i bioplastproduksjonsprosessen, som i deres spaltning, frigjøres mindre CO2 enn for konvensjonell plast. I mange tilfeller slipper de ikke metan, eller de gjør det i lave mengder og har derfor liten innvirkning på drivhuseffekten.

For eksempel reduserer bioplast laget av etanol fra sukkerrør CO2-utslippene med opptil 75% sammenlignet med de som stammer fra petroleum.

Tryggere å ta med seg mat og drikke

Generelt, i utdypingen og sammensetningen av bioplast, brukes ingen giftige stoffer. Derfor representerer de mindre risiko for forurensning for maten eller drikkene som er i dem.

I motsetning til konvensjonell plast som kan produsere dioksiner og andre forurensende komponenter, er biobasert bioplast ufarlig.

ulemper

Ulempene er hovedsakelig relatert til typen bioplast som brukes. Blant andre har vi følgende.

Mindre motstand

En begrensning som de fleste bioplast har sammenlignet med konvensjonell plast er deres lavere motstand. Imidlertid er denne egenskapen det som er assosiert med dens evne til biologisk nedbrytning.

Høyere kostnader

I noen tilfeller er råvarene som brukes til produksjon av bioplast dyrere enn de fra petroleum.

På den annen side innebærer produksjonen av noen bioplastikere høyere prosesseringskostnader. Spesielt er disse produksjonskostnadene høyere i de som produseres gjennom bioteknologiske prosesser, inkludert massedyrking av bakterier.

Brukskonflikt

Bioplast produsert av matråvarer konkurrerer med menneskelige behov. Siden det er mer lønnsomt å vie avlinger til produksjon av bioplast, blir disse fjernet fra matproduksjonskretsen.

Imidlertid gjelder ikke denne ulempen bioplast som er oppnådd fra uspiselig avfall. Blant disse avfallene har vi avlingsrester, uspiselige alger, lignin, eggeskall eller eksoskelett med hummer.

De er ikke enkle å resirkulere

PLA bioplast ligner veldig på konvensjonell PET (polyetylentereftalat) plast, men den er ikke resirkulerbar. Derfor, hvis begge typer plast blandes i en resirkuleringsbeholder, kan dette innholdet ikke resirkuleres.

I denne forbindelse er det frykt for at den økende bruken av PLA kan hemme eksisterende innsats for å resirkulere plast.

Eksempler og deres bruk av produkter produsert med bioplast

Vinbeholder laget med bioplast fra landbruksavfall og mycelia. Kilde: Mycobond

-Tilgjengelige eller engangsgjenstander

Varene som genererer mest avfall er containere, innpakning, tallerkener og bestikk knyttet til fastfood og handleposer. Derfor spiller biologisk nedbrytbar bioplast på dette feltet en relevant rolle.

Av denne grunn er forskjellige produkter basert på bioplast utviklet for å påvirke reduksjonen av avfallsgenerering. Vi har blant annet den biologisk nedbrytbare vesken laget med BASFs Ecovio eller plastflasken laget av PLA hentet fra mais av Safiplast i Spania.

Vannkapsler

Ooho-selskapet laget biologisk nedbrytbare kapsler fra tang med vann, i stedet for tradisjonelle flasker. Dette forslaget har vært veldig nyskapende og vellykket og er allerede testet i London maraton.

jordbruk

I noen avlinger som jordbær er det vanlig å dekke jorda med et plastark for å kontrollere ugress og unngå frysing. På denne måten er bioplastisk polstring som Agrobiofilm blitt utviklet for å erstatte konvensjonell plast.

-Objekter for holdbare bruksområder

Bruken av bioplast er ikke begrenset til gjenstander for bruk og avhending, men kan brukes i mer holdbare gjenstander. For eksempel produserer Zoë b Organics selskap strandleker.

Kompleks utstyrskomponenter

Toyota bruker bioplast i noen bildeler, for eksempel komponenter til klimaanlegg og kontrollpaneler. For dette bruker den bioplast som Bio-PET og PLA.

For sin del bruker Fujitsu bioplast for å lage datamusmus og tastaturdeler. Når det gjelder Samsung-selskapet har noen mobiltelefoner hus som i stor grad er laget av bioplast.

-Konstruksjon og anleggsteknikk

Stivelsesbioplast har blitt brukt som byggematerialer og nanofiberforsterket bioplast i elektriske installasjoner.

I tillegg har de blitt brukt i produksjon av bioplastisk møbelskog, som ikke blir angrepet av xylofagøse insekter og ikke råtner med fuktighet.

- Farmasøytiske applikasjoner

De er laget med bioplastkapsler som inneholder legemidler og medikamentkjøretøyer som frigjøres sakte. Dermed reguleres biotilgjengeligheten til medisiner over tid (dosen som pasienten får på et gitt tidspunkt).

-Medisinsk bruk

Cellulose bioplastics anvendt i implantater, vev engineering, kitin og chitosan bioplast har blitt produsert for sårbeskyttelse, benvev engineering og hud hud regenerering.

Cellulose bioplastics er også produsert for biosensorer, blandinger med hydroksyapatitt for fremstilling av tannimplantater, bioplastfibre i kateter, blant andre.

-Fly, sjø og landtransport og industri

Stive skum basert på vegetabilske oljer (bioplast) har blitt brukt, både i industrielle og transportmidler; bildeler og romfartsdeler.

Elektroniske komponenter til mobiltelefoner, datamaskiner, lyd- og videoenheter er også produsert fra bioplast.

-Jordbruk

Bioplastiske hydrogeler, som absorberer og beholder vann og kan frigjøre det sakte, er nyttige som beskyttende tepper for dyrket jord, opprettholder dens fuktighet og favoriserer veksten av landbruksplantasjer i tørre regioner og i lave regntider.

referanser

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplast: fremskaffelse og anvendelser av polyhydroksyalkanoater. Fakultet for farmasi, Universitetet i Sevilla. Grad i farmasi. 36 s.
2. Bezirhan-Arikan E og H Duygu-Ozsoy (2015). En anmeldelse: Undersøkelse av bioplast. Journal of Civil Engineering and Architecture 9: 188-192. De Almeida A, JA Ruiz, NI López og MJ Pettinari (2004). Bioplastics: et økologisk alternativ. Living Chemistry, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Bioplastisk produksjon fra billige kilder. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Dr. Müller Publishing, Berlin, Tyskland. 145 s.
4. Labeaga-Viteri A (2018). Bionedbrytbare polymerer. Betydningen og potensielle applikasjoner. National University of Distance Education. Det naturvitenskapelige fakultet, Institutt for uorganisk kjemi og kjemiteknikk. Mastergrad i kjemisk vitenskap og teknologi. 50 s.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia og AK Mohanty (2013). Biobasert plast og bionanokompositter: Nåværende status og fremtidige muligheter. Prog. Polym. Sci. 38: 1653-1689.
6. Satish K (2017). Bioplastics - klassifisering, produksjon og deres potensielle matapplikasjoner. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.