Σχεδίαση συστήματος για την μείωση της αλλοίωσης του νερού κατά την μεταφορά και την αποθήκευση."

Transcript

1 ΣΥΡΟΣ 2018 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΙOΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ "Σχεδίαση συστήματος για την μείωση της αλλοίωσης του νερού κατά την μεταφορά και την αποθήκευση." Βασιλική Ευαγγελοπούλου Α.Μ.:dpsd12025 Επιβλέπων καθηγητής : Νικόλαος Ζαχαρόπουλος Συνεπιβλέποντες : Παρασκευάς Παπανίκος Βασίλειος Μουλιανίτης 1

2 2

3 "Δηλώνω υπεύθυνα ότι η διπλωματική εργασία είναι εξ ολοκλήρου δικό μου έργο και κανένα μέρος της δεν είναι αντιγραμμένο από έντυπες ή ηλεκτρονικές πηγές, μετάφραση από ξενόγλωσσες πηγές και αναπαραγωγή από εργασίες άλλων ερευνητών ή φοιτητών. Όπου έχω βασιστεί σε ιδέες ή κείμενα άλλων, έχω προσπαθήσει, όσο είναι δυνατόν, να το προσδιορίσω σαφώς μέσα από την χρήση αναφορών, ακολουθώντας την ακαδημαϊκή δεοντολογία" Βασιλική Ευαγγελοπούλου 3

4 1 Στόχος διπλωματικής μελέτης Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία, στοχεύει στην μελέτη υλικών με οικολογικό χαρακτήρα, κατάλληλα για την ασφαλή αποθήκευση νερού. Προκειμένου να σχεδιαστεί το σύστημα που θα ικανοποιεί τους στόχους του brief, θα πραγματοποιηθεί μια εκτενής έρευνα με ιστορική αναδρομή και αιτιολόγηση χρήσης των σημερινών συστημάτων αποθήκευσης νερού. Η έρευνα αυτή στοχεύει στην πλήρη κατανόηση του προβληματικού χώρου και στην αναθεώρηση της συσκευασίας νερού 4

5 Περιεχόμενα 1 Στόχος διπλωματικής μελέτης Εισαγωγή Παρουσίαση προβλήματος Στόχος Ερευνητικό πλάνο Μεθοδολογική προσέγγιση Έρευνα Νερό και άνθρωπος Πόσιμο νερό Ιστορία Περιβαλλοντική ηθική Μελέτη κατάλληλων υλικών Αειφορία Συσκευασία Καινοτόμες εφαρμογές Νομικές προδιαγραφές Ερευνητικά Συμπεράσματα Γενικά Περιβαλλοντικά- Κοινωνικά Υλικά Εφαρμογές Ερωτηματολόγιο Συμπεράσματα ερωτηματολογίου Οριστική περιγραφή έργου Brief Προβληματικός χώρος Ανάγκες που προκύπτουν Υπολογιστικό Πείραμα Ορισμός προβλήματος Περιορισμοί Φυσικοί νόμοι Ιδιότητες υλικών στο εν λόγω πείραμα Πρόγραμμα # Περιορισμοί Λύση των προβλημάτων Πρόγραμμα # Συμπεράσματα

6 6.10 Προδιαγραφές Επίτευξη στόχων Παραρτήματα Πίνακες Ερωτηματολόγιο Ευρετήριο εικόνων Βιβλιογραφία

7 2 Εισαγωγή 2.1 Παρουσίαση προβλήματος Η επικράτηση του πλαστικού υλικού, τα τελευταία χρόνια, έχει επιφέρει προβλήματα, τόσο άμεσα όσο και έμμεσα, στην υγεία των ανθρώπων, των ζώων και ολόκληρης της φύσης. Βασική αιτία των προβλημάτων είναι η σχέση του πλαστικού με την θερμότητα. Με την πολύωρη έκθεση του πλαστικού στον ήλιο, σπάνε κάποιες πολυμερικές αλυσίδες με αποτέλεσμα ορισμένα από τα στοιχεία του πλαστικού να εισέρχονται στο νερό. Ένα ακόμη βασικό πρόβλημα είναι η σχέση του πλαστικού με την ανακύκλωση. Πρόκειται για ένα υλικό με ανακυκλώσιμη ιδιότητα αλλά μόνο με την συμμετοχή του ανθρώπου σ αυτή τη διαδικασία. Όταν ένα τέτοιο υλικό χρησιμοποιείται για μια απ τις βασικότερες ανάγκες κάθε ανθρώπου, την πόση νερού, είναι βέβαιο ότι μικρή απ την συνολική ποσότητα παραγωγής θα υποστεί ανακύκλωση, με αποτέλεσμα η μεγαλύτερη ποσότητα να καταλήγει στην φύση χωρίς να μπορεί να διασπαστεί. Λέξεις κλειδιά "Νερό, συσκευασία, πλαστικό, περιβάλλον, ρύπανση, αειφορία, θερμομόνωση, καινοτομία." 2.2 Στόχος Βασικός στόχος της συγκεκριμένης έρευνας είναι η εύρεση ενός υλικού που δεν θα επιτρέπει την αλλοίωση του νερού κατά την αποθήκευσή του και δεν θα επιβαρύνει το περιβάλλον κατά την χρήση του ή ακόμα και μετά τον κύκλο ζωής του προϊόντος. Μετά την εύρεση του κατάλληλου υλικού, στόχος είναι η σχεδίαση ενός συστήματος που θα αποδεικνύει έμπρακτα την ικανή χρήση του υλικού αυτού για την αποθήκευση νερού. Εύρεση ενός υλικού, ικανού να διατηρήσει αναλλοίωτη τη σύσταση του νερού κατά την αποθήκευσή του. Σχεδίαση ενός συστήματος αποθήκευσης νερού. 2.3 Ερευνητικό πλάνο Ερωτήσεις που κρίνεται απαραίτητο να απαντηθούν για την πλήρη διερεύνηση του προβλήματος: Ποια η σημασία του νερού για τον άνθρωπο; Ποια ανάγκη του ανθρώπου οδήγησε στην συσκευασία νερού; Ποια τα μέσα που έχουν χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευσή του; Γιατί επικράτησε το πλαστικό τα τελευταία χρόνια; 7

8 Ποιες οι συνέπειες της αποθήκευσης νερού σε πλαστικό; Ποιες ομάδες της γης επηρεάζει η χρήση αυτού του υλικού; Ποιες προσπάθειες έχουν γίνει για την καταπολέμηση του φαινομένου; Ποια υλικά είναι ικανά να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση του προβλήματος; Ποιες από τις υπάρχουσες εφευρέσεις θα μπορούσαν να αποτελούν λύση στο πρόβλημα; Ποιες οι αρχές της συσκευασίας και ποια η σημασία της; Τι θα προσφέρει το υπό σχεδίαση project; Σε ποιους ανθρώπους θα απευθύνεται; Τι λύσεις θα εφαρμόσει το υπό σχεδίαση project; 2.4 Μεθοδολογική προσέγγιση Για την ικανοποιητική διεκπεραίωση του ερευνητικού πλαισίου της παρούσας διπλωματικής ακολουθήθηκε μεικτή μεθοδολογική προσέγγιση. Διεξήχθη αρχικά μια ποιοτική έρευνα που με στόχο την κατανόηση και στην ανάλυση των κοινωνικών και περιβαλλοντικών φαινομένων που επηρεάζουν ή σχετίζονται με την αποθήκευση νερού. Κατόπιν υλοποιήθηκε μια ποσοτική έρευνα για την εύρεση και την ανάλυση σχέσεων μεταξύ διάφορων παραγόντων χρησιμοποιώντας στατιστικές μεθόδους, μαθηματικές σχέσεις και αριθμητικά δεδομένα. Τέλος, για την επαλήθευση των ερευνητικών συμπερασμάτων δημιουργήθηκε ένα ερωτηματολόγιο με σκοπό τον προσδιορισμό των σημερινών αναγκών και το εύρος της κοινωνικής ευαισθητοποίησης στο παρόν αναλυόμενο θέμα. 3 Έρευνα 3.1 Νερό και άνθρωπος Στόχος Ποια η σημασία του νερού για τον άνθρωπο; Προκειμένου να κατανοηθεί πόσο σημαντικό είναι το αγαθό που πρόκειται να συσκευαστεί πραγματοποιήθηκε μελέτη που αφορά την σχέση του νερού με τον άνθρωπο. Η μελέτη αυτή στοχεύει στην πλήρη κατανόηση της βασικής αυτής ανάγκης του ανθρώπου, ώστε να συμπεριληφθεί δεοντολογικά και σχεδιαστικά αργότερα Το νερό είναι ένας φυσικός πόρος που σε παγκόσμιο επίπεδο είναι άρρηκτα δεμένος με την ίδια την παρουσία του ανθρώπου στον πλανήτη. 8

9 Πρόκειται για έναν βασικό και αναντικατάστατο παράγοντα της ζωής, αφού όπου υπάρχει νερό είναι δυνατό να αναπτυχθούν πολλοί οργανισμοί. Μέσα στο νερό ζουν και πολλαπλασιάζονται οι περισσότεροι οργανισμοί (π.χ. ψάρια, υδρόβια φυτά), ενώ και στους οργανισμούς που ζουν στην ξηρά (ζώα και φυτά) το νερό συμβάλλει στο σχηματισμό των διαφόρων υγρών που είναι απαραίτητα για τη ζωή τους. Στο σώμα των ζώων, εμβίων όντων καθώς και του ανθρώπου, και των φυτών το νερό αποτελεί το 75% ή και περισσότερο του συνολικού βάρους τους. Στον άνθρωπο, μάλιστα, αποτελεί και το 50% των οστών. Ο αρχαίος Έλληνας φιλόσοφος Θαλής ο Μιλήσιος (αρχές 6ου αιώνα π.χ.) υποστήριξε ότι το νερό είναι η αρχή των πάντων, ότι δηλαδή τα πάντα στη φύση είναι σχηματισμένα κυρίως από νερό. Επίσης, οι Βαβυλώνιοι (αρχαίος λαός της Μεσοποταμίας) πίστευαν ότι το νερό είναι ένα από τα συστατικά της ύλης. Η πυκνότητα του νερού μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία. Η μεγαλύτερη πυκνότητα παρατηρείται στη θερμοκρασία των 3,94 βαθμών Κελσίου. Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό δηλαδή ότι ο ίδιος όγκος νερού έχει το μεγαλύτερο βάρος στους 3,94 βαθμούς καθώς έχει ως αποτέλεσμα να επιπλέουν οι πάγοι πάνω στο νερό και έτσι να μπορούν να λιώνουν. Επίσης οι χημικές ιδιότητες του νερού και ιδιαίτερα οι διαλυτικές, είναι πολύ σημαντικές για το οικοσύστημα. Το νερό έχει την ικανότητα να διαλύει μεγάλη ποικιλία ουσιών. Πολλά χημικά στοιχεία και χημικές ενώσεις διαλύονται στο νερό και ορισμένες από αυτές μεταφέρονται με την επίγεια και υπόγεια κίνησή του σε διάφορα σημεία της επιφάνειας της γης. Εικόνα 3.1. Ποσοστά νερού στον άνθρωπο. Κάθε μέρα, ένας πλήρως αναπτυγμένος άνθρωπος λαμβάνει περίπου δυόμισι λίτρα νερού (2.500 ml). Από αυτά: τα ml προέρχονται από το νερό ή τα άλλα ποτά που πίνει τα 800 ml προέρχονται από νερό που υπάρχει στις τροφές περίπου 300 ml παράγονται κατά το μεταβολισμό από την ένωση Η 2 και Ο 2 τα 2,5 λίτρα νερού απαιτούνται καθημερινά για την αναπλήρωση της απώλειας που προκαλείται από την αναπνοή, την εφίδρωση και την αποβολή υγρών και στερεών. 9

10 Συμπεράσματα Με την παραπάνω έρευνα γίνεται κατανοητό ότι το νερό αποτελεί απαραίτητο στοιχείο για την επιβίωση του ανθρώπου. Είναι επομένως εξίσου απαραίτητο το αγαθό αυτό να συσκευάζεται έτσι ώστε να παραδίδεται όσο το δυνατό δυνατό καλύτερο στον καταναλωτή. 3.2 Πόσιμο νερό Στόχος Ποια ανάγκη του ανθρώπου οδήγησε στην συσκευασία νερού; Για την πλήρη κατανόηση της ανάγκης εμφιάλωσης του νερού μελετήθηκαν οι συνθήκες που οδήγησαν τον άνθρωπο να δημιουργήσεις τις ανάλογες συσκευασίες. Επιπλέον μελετήθηκαν οι διαφορές και η συσχέτιση ανάμεσα στο πόσιμο νερό βρύσης και στο εμφιαλωμένο νερό. Στις μέρες μας το πόσιμο νερό λιγοστεύει όλο και περισσότερο. Αυτό οφείλεται στην αλόγιστη ρύπανση του περιβάλλοντος που μολύνει τις φυσικές πηγές νερού. Στο μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη υπάρχουν υδρευτικά συστήματα που προσφέρουν νερό είτε για την κάλυψη της βασικής ανάγκης, της πόσης του, είτε για δευτερεύουσες ανάγκες όπως η καθαριότητα κ.α. Το νερό αυτό φτάνει στην βρύση μετά από μία επεξεργασία απολύμανσης ή και όχι αν δεν είναι απαραίτητο. Τα τελευταία χρόνια όμως, όλο και συχνότερα το νερό της βρύσης κρίνεται ακατάλληλο, με αποτέλεσμα ο καταναλωτής να στραφεί στα εμφιαλωμένα νερά. Επίσης, ένα μεγάλο μέρος του πλανήτη όπως τμήματα της Αφρική και της Ασίας δεν διαθέτουν καθόλου πόσιμο νερό, γεγονός που δημιουργεί ακόμη πιο αναγκαία την εμφιαλωμένη συσκευασία νερού. Με την επιτακτική ανάγκη της παραγωγής εμφιαλωμένου νερού, δημιουργήθηκαν τρεις κατηγορίες, αναγνωρισμένες από την Ευρωπαϊκή Ένωση, το φυσικό μεταλλικό νερό, το επιτραπέζιο και το νερό πηγής. Κάθε εμφιαλωμένο νερό υποχρεούται να φέρει, στη συσκευασία του, ένδειξη της κατηγορίας στην οποία ανήκει. Για την καλύτερη κατανόηση των τριών κατηγοριών, κρίνεται αναγκαίο να μελετηθεί το νερό που χαρακτηρίζεται ως πόσιμο. Με βάση τις διάφορες κοινοτικές οδηγίες για το νερό, πόσιμο είναι εκείνο που προορίζεται για κατανάλωση από τον άνθρωπο, είναι άχρωμο, άοσμο, αβλαβές, με ευχάριστη γεύση και τα ποιοτικά του χαρακτηριστικά κυμαίνονται στα διεθνώς ορισμένα αποδεκτά όρια. 10

11 Φυσικό μεταλλικό νερό Το φυσικό μεταλλικό νερό είναι αποκλειστικά υπόγειας προέλευσης και εμφιαλώνεται επί τόπου στην πηγή του, η οποία πρέπει να είναι αναγνωρισμένη και προστατευόμενη. Απαγορεύεται, βάσει νομοθεσίας, οποιαδήποτε διαδικασία απολύμανσης ή χημικής κατεργασίας του - πέρα από την επεξεργασία για τον διαχωρισμό των ασταθών στοιχείων και κάποιων ιχνοστοιχείων του. Κάθε εμφιαλωμένη συσκευασία νερού υποχρεούται από τον νόμο να έχει σταθερή σύσταση, η οποία μπορεί να διαφέρει από αυτή του γενικά πόσιμου νερού καθώς για κάποιες παραμέτρους δεν ορίζονται ανώτατα επιτρεπόμενα όρια ή ορίζονται διαφορετικά. Είναι, συνήθως, πιο πλούσιο σε μέταλλα. Είναι προστατευμένο από κάθε κίνδυνο μικροβιολογικής μόλυνσης λόγω της υπόγειας προέλευσής του και της απαγόρευσης ρυπογόνων δραστηριοτήτων στην περιοχή της πηγής. Εκτός του ότι αποτελεί μέσο ενυδάτωσης, μπορεί να έχει και άλλα οφέλη για την υγεία βασισμένα σε επιστημονικές μελέτες, όπως να είναι μαγνησιούχο, ασβεστούχο ή και κατάλληλο για διατροφή χαμηλή σε νάτριο. Επιτραπέζιο νερό Το επιτραπέζιο νερό επιτρέπεται, σύμφωνα με το νόμο, να είναι οποιασδήποτε προέλευσης (π.χ. από λίμνη, από γεώτρηση ή και αφαλατωμένο νερό θάλασσας) και να περάσει από οποιαδήποτε διαδικασία απολύμανσης ή κατεργασίας κριθεί απαραίτητη για την ασφάλεια του καταναλωτή. Οι φυσικοχημικές του παράμετροι είναι σύμφωνες με εκείνες του κοινού πόσιμου νερού και πρέπει να κυμαίνονται μεταξύ ορισμένων αποδεκτών ορίων. Ουσιαστικά, έχει τα ίδια ποιοτικά χαρακτηριστικά με το τρεχούμενο πόσιμο νερό της βρύσης με τη διαφορά ότι είναι εμφιαλωμένο. Νερό πηγής Το νερό πηγής έχει απαραίτητα υπόγεια προέλευση, εμφιαλώνεται στην πηγή του και δεν υπόκειται σε καμία διαδικασία απολύμανσης, όπως και το φυσικό μεταλλικό νερό. Η σύσταση του, όμως, είναι σύμφωνη με την ισχύουσα νομοθεσία για το νερό ανθρώπινης κατανάλωσης και δεν ακολουθεί αυτή του φυσικού μεταλλικού νερού, καθώς δεν είναι πλούσιο σε κάποιο μεταλλικό στοιχείο. Συμπεράσματα Μέσα από την έρευνα τίθεται ο περιβαλλοντικός παράγοντας ως βασική ανάγκη για την σχεδίαση εμφιαλωμένου νερού. Ειδικότερα, στις μέρες μας, με την συνεχή ρύπανση των υδάτων το πόσιμο νερό μειώνεται με αποτέλεσμα το εμφιαλωμένο νερό να καλύπτει μια επιτακτική ανάγκη. 11

12 3.3 Ιστορία Στόχος Ποια τα μέσα που έχουν χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευσή του; Με στόχο την ανάδειξη ενός υλικού ικανού να αποθηκεύσει νερό για την κάλυψη των ανθρώπινων αναγκών, πραγματοποιήθηκε μια ιστορική αναδρομή στη συσκευασία νερού. Εξαιτίας της σπουδαιότητας του νερού για την ζωή του ανθρώπου, ανέκαθεν η αποθήκευση ή η μεταφορά του, του αποτελούσε βασική δραστηριότητα στην καθημερινότητα των ανθρώπων. Επίσης υπάρχουν καταγεγραμμένες μέθοδοι φιλτραρίσματος νερού που χρονολογούνται στην αρχαία Αίγυπτο, στην Ελλάδα και στην Ινδία, γεγονός που υποδεικνύει ότι από πολύ νωρίς ο άνθρωπος ασχολήθηκε με την συσκευασία πόσιμου νερού. Οι συνθήκες σε κάθε χρονική περίοδο, τόσο οι κοινωνικές όσο και οι επιστημονικές, επηρέασαν την σχεδίαση του αντικειμένου που χρησιμοποιούνταν για την αποθήκευση νερού. Για πρώτη φορά το 1621, στο Holy Well στης Αγγλίας, εμφιαλώθηκε νερό και προωθήθηκε στην αγορά, σε μεγάλες ποσότητες. Από τότε δεν ήταν απαραίτητο να βρεθεί σε κάποια πηγή ή σε ένα υδραυλικό σύστημα την ικανοποίηση αυτής της ανάγκης, αλλά ήταν διαθέσιμο στα ράφια των παντοπωλείων. Φυσικά, ο άνθρωπος εμφιάλωσε νερό πολύ πριν το 1621, όμως τότε έγινε η πρώτη μαζική παραγωγή. Αργότερα, στη δεκαετία του 1700, η πώληση εμφιαλωμένου νερού αρχίζει να αυξάνεται σε όλη την Ευρώπη φτάνοντας και στις Ηνωμένες Πολιτείες. Σε αυτά τα πρώτα χρόνια μαζικής εμφιάλωσης νερού, τα μπουκάλια ήταν μεταλλικά ή γυάλινα. Το 1862 ο Alexander Parkes παρουσιάζει το πρώτο ανθρωπογενές πλαστικό σε μεγάλη διεθνή έκθεση. Το υλικό, που ονομάζεται Parkesine, προέρχεται από την οργανική κυτταρίνη και όταν θερμαίνεται, μπορεί να χυτευθεί και στη συνέχεια να διατηρήσει την μορφή που θα του δώσει το καλούπι. Μετά από περίπου εκατό χρόνια, το 1973 ο μηχανικός της DuPont Nathaniel Wyeth κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας φιαλίδια τερεφθαλικού πολυαιθυλενίου (PET), που αποτέλεσε το πρώτο πλαστικό μπουκάλι που μπορούσε να αντέξει την πίεση των ανθρακούχων υγρών. 12

13 Σήμερα, το πλαστικό PET έχει αντικαταστήσει το γυαλί ως το προτιμώμενο υλικό για μπουκάλια εμφιαλωμένου νερού μιας χρήσης, λόγω του μικρού βάρους του και της αντοχής στη θραύση. Δοχεία εμφιάλωσης Υδρία Η υδρία ήταν ένα πήλινο αγγείο που χρησιμοποιήθηκε στην αρχαιότητα για την μεταφορά και αποθήκευση νερού. Πρόκειται για το αρχαιότερο εύρημα που αναφέρεται στην αποθήκευση νερού. Αποτελούνταν κυρίως από ένα σώμα αγγείου με τρεις λαβές, δύο για τη μεταφορά και μία για το σερβίρισμα. Εκτός από τη χρήση της ως αγγείο μεταφοράς ή σερβιρίσματος νερού η υδρία χρησιμοποιήθηκε και ως κάλπη ψηφοφορίας ή ακόμη ως τεφροδόχος. Οι αρχαιολόγοι ανακάλυψαν δύο είδη υδρίας. Στον πρώτο τύπο διακρίνονται τα διαφορετικά μέρη του αγγείου (βάση, κοιλιά, ώμος, λαιμός) και ονομάζεται υδρία με λαιμό. Η κάθετη λαβή ξεκινά από τους ώμους του αγγείου και καταλήγει στο χείλος, όπως φαίνεται στην εικόνα 3.2. Ο δεύτερος τύπος, που επινοήθηκε στα τέλη του 6ου αιώνα, έχει ενιαίο σχήμα, ενώ η κάθετη λαβή είναι πιο μικρή και βρίσκεται περίπου στους ώμους του αγγείου. Ο τύπος αυτός ονομάζεται «υδρία-καλπίς», όπως φαίνεται στην εικόνα 3.2. Το όνομα «Υδρία» ετυμολογείται από το ύδωρ, δηλαδή το νεοελληνικό νερό. Η διακοσμητική σκηνή αποτυπώνεται στο σώμα και συχνά στον ώμο, ενώ η διάσταση ως προς το ύψος ποικίλλει από εκ. Εικόνα 3.2 Δεξιά σχέδιο υδρίας, αριστερά σχέδιο υδρίας κάλπις Νεροκολοκύθα Η νεροκολοκύθα ή αλλιώς φλασκιά είναι ένα ήμερο είδος της μεγάλης οικογένειας των κολοκυθιών το οποίο εξαπλώθηκε ήδη από την προϊστορική αρχαιότητα. Είναι ένα ετήσιο, αναρριχητικό φυτό, με μεγάλους καρπούς διαφόρων σχημάτων, το κέλυφος των οποίων γίνεται ιδιαίτερα σκληρό και ανθεκτικό όταν αποξηραθεί, με αποτέλεσμα οι νεροκολοκύθες να μπορούν να διατηρηθούν για πολλά χρόνια. 13

14 Η χρήση της νεροκολοκύθας είναι πανάρχαια. Αν και δεν αποτελεί τροφή για τον άνθρωπο, είναι ένα από τα παλαιότερα φυτά που καλλιεργήθηκαν στον κόσμο, καθώς βρήκε αμέτρητες χρήσεις ως σκεύος και κυρίως ως δοχείο μεταφοράς νερού, κρασιού και άλλων υγρών. Ήταν δε τόσο χρήσιμη στην καθημερινή ζωή των πρωτόγονων ανθρώπων, που σταδιακά εισχώρησε στους πολιτισμούς όλου του κόσμου. Μάλιστα, τα δοχεία καθημερινής χρήσης που ήταν κατασκευασμένα από νεροκολοκύθες θεωρούταν καλύτερα από τα πήλινα, γιατί ήταν ελαφρύτερα και, εξαιτίας της εξάτμισης, κατάφερναν να διατηρούν περισσότερο δροσερό το νερό. Στην Ελλάδα, η νεροκολοκύθα χρησιμοποιήθηκε στα νοικοκυριά σαν κουτάλα, κανάτα και φλασκί. αλλά και για την μεταφορά βραστού νερού από το καζάνι στη λεκάνη που έπλεναν τα ρούχα. Εξαιτίας του παχύ φλοιού της και στην θερμομονωτική της ιδιότητα βοηθούσε να διατηρηθεί το νερό ζεστό ή κρύο αντίστοιχα χωρίς να μεταφέρεται άμεσα η θερμοκρασία του εσωτερικού στον εξωτερικό φλοιό. Ένα ακόμη πλεονέκτημά της είναι η ποικιλομορφία που διαθέτει. Η νεροκολοκύθα μπορεί να βρεθεί από μινιατούρα που δεν ξεπερνά τα 5 εκατοστά μήκους, μέχρι τεράστια κολοκύθα που φτάνει τα 2 μέτρα. Ασκί Το ασκί, είναι ένα φυσικό πολυμερές και αποτέλεσε μέσο μεταφοράς νερού. Φτιαχνόταν από δέρμα ζώου και η χρήση του χρονολογείται από τα αρχαία χρόνια. Οι Ρωμαίοι έχτισαν τα πρώτα υδραγωγεία κοντά στο 300 μ.χ. Αυτά χρησιμοποιήθηκαν και κατασκευάστηκαν για να παρέχουν νερό στις πόλεις. Ωστόσο χρησιμοποίησαν ζωικά δέρματα για τη μεταφορά νερού σε μικρότερα τμήματα. Έρευνες επίσης δείχνουν, ότι οι Ινδιάνοι χρησιμοποιούσαν την ουροδόχο κύστη των βουβαλιών μετά από ειδική επεξεργασία για την αποθήκευση υγρών και κυρίως νερού. Στην Ελλάδα αποτελούσε αντικείμενο καθημερινής χρήσης τον 19ο και 20ο αιώνα και κατά βάση στις πολεμικές περιόδους. Οι άνθρωποι εκείνης της εποχής με ειδική προσοχή αφαιρούσαν το δέρμα του ζώου, αφαιρούσαν το τρίχωμά του και έπειτα το αλάτιζαν μέσα έξω και το τοποθετούσαν σε ηλιόλουστους χώρους μέχρι να στεγνώσει. Το αλάτι βοηθούσε το δέρμα να γίνει πιο μαλακό και του έδινε την απαιτούμενη ελαστικότητα. Στη συνέχεια, με μια ειδική κερωμένη κλωστή, το έραβαν από κάτω και ανάμεσα έβαζαν πλεξούδες από λινάρι. Το έραβαν δυνατά, γιατί έπρεπε να υπάρχει στεγανοποίηση, να μην περνάει κανένα υγρό. Γυαλί Το γυαλί είναι ένα άμορφο ψαθυρό υλικό με κρυσταλλική μορφή που χρησιμοποιήθηκε αρχικά πριν από 3600 χρόνια, στη Μεσοποταμία κυρίως για διακοσμητικούς λόγους. Οι πρώτοι υαλουργοί εκείνης της εποχής έδιναν σχήμα και μορφή σε ένα μαλακό γυαλί τυλίγοντάς το γύρω από ένα πυρήνα άμμου η πηλού και έπειτα το ψύχανε για να αποκτήσει την τελική του μορφή. Τα πρώτα γυάλινα μπουκάλια παρήχθησαν στη νοτιοανατολική Ασία γύρω στο 100 π.χ. και στη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία κοντά στο 1 μ.χ. Η βιομηχανία γυάλινων μπουκαλιών και γυάλινων βάζων αναπτύχθηκε πρώτα στην 14

15 Αμερική, στις αρχές της δεκαετίας του Έπειτα η εφεύρεση μιας αυτόματης μηχανής εμφύσησης γυάλινων φιαλών το 1880 εκβιομηχάνισε τη διαδικασία παραγωγής φιαλών και από τότε μέχρι και τις αρχές του δεύτερου παγκόσμιου πολέμου το γυάλινο μπουκάλι κυριάρχησε στην αποθήκευση νερού, γάλατος, ποτών και άλλων υγρών. Τα πλεονεκτήματα που ανέδειξαν αυτό το υλικό ως ιδανικό για την αποθήκευση ποτών, ακόμα και στις μέρες μας, είναι η διαφάνειά του, που εξυπηρετεί στον έλεγχο του εσωτερικού, η αδιαφάνειά του σε ότι αφορά την υπεριώδη ακτινοβολία και η πλήρης ανακυκλωσιμότητά του. Πρόκειται για ένα υλικό που έχει την δυνατότητα να διατηρήσει αναλλοίωτο το συσκευαζόμενο υλικό με μοναδικό, αλλά σημαντικό, μειονέκτημα βάρος του. Κάνιστρο Το κάνιστρο είναι ένα μεταλλικό σκεύος που χρησιμοποιήθηκε για την μεταφορά υγρών (νερού και καυσίμου) κυρίως στον 2ο παγκόσμιο πόλεμο, από τους Γερμανούς. Παλαιότερα τα κάνιστρα ήταν αποκλειστικά από λαμαρίνες κατασκευασμένα, όπως λαμαρίνα χαλκού ή σίδερου. Αργότερα το εσωτερικό τους επενδύθηκε με πλαστικό για να μην σκουριάζει. Ήταν πολύ ανθεκτικά και ο σχεδιασμός τους ήταν αρκετά καλός για τις ανάγκες και τις συνθήκες της εποχής. Στο πάνω μέρος του κάνιστρου υπήρχε ένα χερούλι που επέτρεπε να το κουβαλούν δύο άντρες και το καπάκι μπορούσε να ανοίξει εύκολα με ένα χέρι. Είχαν επίσης τέτοιο σχήμα ήταν δυνατό κατά τη διαδικασία γεμίσματος να διατηρηθεί λίγος αέρας στο εσωτερικό τους, ώστε να επιπλέουν στο νερό. Κάθε δοχείο χωρούσε από 2,5 μέχρι 20 λίτρα. Πλαστικό Το πλαστικό μπουκάλι χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στα μέσα του 20ου αιώνα, μετά την ανακάλυψη του PET. Από το 1947 ωστόσο, είχε αρχίσει να εδραιώνεται η χρήση του πλαστικού μπουκαλιού λόγω του μικρού βάρους, της αντοχής στη θραύση και της εύκολης παραγωγής. Τα πρώτα χρόνια της διάδοσής του ήταν αρκετά ακριβό, μέχρι τις αρχές του Μετά από εκεί έγινε γρήγορα δημοφιλές τόσο για τις εύκολες κατασκευαστικές του ιδιότητες, όσο και για την ελαφριά φύση του, σε σύγκριση με τις γυάλινες φιάλες. Από τις αρχές του 20ου αιώνα μέχρι και σήμερα, η χρήση των πλαστικών μπουκαλιών είναι ευρέως διαδεδομένη σε όλες τις ηπείρους και χρησιμοποιείται για την αποθήκευση πολλών υγρών, συμπεριλαμβανομένου και του νερού. Η τόσο μεγάλη εδραίωση του υλικού αυτού στον χώρο των επιτραπέζιων νερών σε συνδυασμό με την σπουδαιότητα του νερού για τον άνθρωπο αλλά και την μείωση των φυσικών πηγών νερού, έχει δημιουργήσει μία τεράστια μάζα πλαστικού, που τις περισσότερες φορές καταλήγει στην φύση δημιουργώντας προβλήματα ρύπανσης. Τα τελευταία χρόνια ωστόσο, έχει παρατηρηθεί ότι η κακή θερμική αγωγιμότητα του πλαστικού δημιουργεί αλλοιώσεις στο νερό, γεγονός που θέτει σε κίνδυνο την υγεία του ανθρώπου. (Environ. Sci. Technol. 2007) Κατηγορίες Τα πλαστικά υλικά, είναι γνωστά και υπό τον ευρύτερο όρο «πολυμερή ελληνοποίηση του όρου polymers, ο οποίος έχει ελληνική αρχή και 15

16 ετυμολογία από τις λέξεις (πολλά-μέρη). Τα πολυμερή συνεπώς, αποτελούνται από μόρια μεγάλου μοριακού βάρους (μακρομόρια) τα οποία προέρχονται από συνένωση μικρών μορίων (μονομερή). Υπάρχουν πολλές κατηγορίες πλαστικών υλικών, αφού πρόκειται για ένα υλικό με μεγάλη χρήση στις μέρες μας. Παρακάτω θα μελετηθούν τα πλαστικά που χρησιμοποιούνται για την συσκευασία υγρών. PET ή PETE (Polyethylene terephthalate) Το PET εφευρέθηκε το 1941 από τους John Rex Whinfield, τον James Tennant Dickson, στους οποίους καταχωρήθηκε και δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Αργότερα, το 1973 ο μηχανικός της DuPont Nathaniel Wyeth κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την χρήση του τερεφθαλικού πολυαιθυλενίου (PET) σε φιάλες ανθρακούχων υγρών. Το ΡΕΤ είναι ένα από τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα πλαστικά σε καταναλωτικά προϊόντα και βρίσκεται στα περισσότερα πλαστικά μπουκάλια για νερό και αναψυκτικά. Προορίζεται για πλαστικά μίας μόνο χρήσης. Η επαναλαμβανόμενη χρήση αυξάνει τον κίνδυνο της ανάπτυξης βακτηριδίων. Αυτά τα μπουκάλια μπορεί να απελευθερώσουν βαρέα μέταλλα και χημικές ουσίες που επηρεάζουν την ορμονική ισορροπία του οργανισμού. Το πλαστικό ΡΕΤ είναι δύσκολο να απολυμανθεί και να καθαριστεί σωστά. Βιοδιασπάται με εξαιρετικά αργούς ρυθμούς και έτσι συσσωρεύεται στις χωματερές και τους ωκεανούς. Εκτιμάται η διάσπαση ενός πλαστικού μπουκαλιού διαρκεί 450 χρόνια. ( Adebayo Sojobi, 2016). Ορισμένα είδη πλαστικού βιοδιασπώνται ταχύτερα στους ωκεανούς, αλλά αυτό συνεπάγεται τεράστιες βλάβες στα θαλάσσια οικοσυστήματα. Έχει διαπιστωθεί μετανάστευση ακεταλδεύδης και φθαλικών παραγώγων στο νερό ιδίως όταν εκτίθεται σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από την προβλεπόμενη των προδιαγραφών και στην ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία. (Επίσημη Εφημερίδα της Ευρωπαϊκής Ένωσης, 2007). Πρόκειται για ένα σκληρό, άκαμπτο, ανθεκτικό και αρκετά υδροφοβικό υλικό. Ο πολυεστέρας τερεφθαλικού πολυαιθυλενίου (PETP) είναι διαφανής, αλλά τα παχύτερα τμήματα είναι συνήθως αδιαφανή και υπόλευκα. Φυσικές ιδιότητες Πυκνότητα (g/cm -3 ) 1,3-1,4 Αντοχή σε υπεριώδη ακτινοβολία καλή Απορρόφηση νερού - ισορροπία (%) <0,7 Απορρόφηση νερού - πάνω από 24 ώρες (%) 0,1 Θερμικές ιδιότητες Θερμική αγωγιμότητα στους 23 C (Wm -1 /K -1 ) 0,13-0,15 Ανώτερη θερμοκρασία λειτουργίας ( C) Χαμηλότερη θερμοκρασία λειτουργίας ( C) -60 έως -40 Συντελεστής θερμικής διαστολής (x10-6 K -1 ) Συρρίκνωση 100 C (%) 1,5-6 16

17 DP ή HDPE Το πλαστικό HDPE είναι το άκαμπτο πλαστικό που κυμαίνεται από 0,93 έως 0,97g/cm 3 ή 970 kg/m 3.Συνήθως χρησιμοποιείται στα μπουκάλια γάλακτος, απορρυπαντικού και στα μπουκάλια με λάδι. Αυτό το είδος πλαστικού δεν απελευθερώνει ουσιαστικά καθόλου χημικές ουσίες. Οι ειδικοί συστήνουν την επιλογή αυτών των φιαλών κατά την αγορά εμφιαλωμένου νερού, επειδή είναι ίσως το ασφαλέστερο και ως εκ τούτου, περιέχει το καθαρότερο νερό. Αντέχει σε υψηλότερες θερμοκρασίες (120 C) για σύντομα χρονικά διαστήματα. Δεν υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις για τοξικότητα. Παρατηρείται μετανάστευση ουσιών σε υψηλές θερμοκρασίες κυρίως σε λιπαρά τρόφιμα και λάδια. Υπάρχουν ενδείξεις μετανάστευσης σε τρόφιμα ακόμη και σε ξηρά τρόφιμα. (Lester H. Gabriel, Ph.D., P.E.) PP Το PP Είναι λευκού χρώματος, ή ημιδιαφανές πλαστικό, που χρησιμοποιείται ως συσκευασία για τα σιρόπια και τα κυπελλάκια γιαουρτιού. Το πλαστικό πολυπροπυλένιο είναι σκληρό και ελαφρύ και έχει εξαιρετικές ιδιότητες θερμικής αντοχής. Έχει μικρή πυκνότητα (0.90 g/cm 3 ), έχει θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης C, έχει μικρή αντοχή στη θραύση, είναι στιλπνό και διαυγές. Επίσης, είναι ανθεκτικό στη θερμοκρασία και στις χημικές ουσίες. Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές συσκευασίας όπου το γέμισμα του δοχείου γίνεται με προϊόν σε υψηλή θερμοκρασία. (Bowditch, 1997). Πλεονεκτήματα Πλαστικών 1.Εύκολη μορφοποίηση Μπορούν να κατασκευαστούν, εύκαμπτα και δύσκαμπτα μέσα συσκευασίας σε ποικίλα σχήματα και σε χαμηλές θερμοκρασίες, με μικρή κατανάλωση ενέργειας. Τα συνήθη πλαστικά μπορούν να μετατρέπονται εύκολα σε λεπτές, διαυγείς και ανθεκτικές μεμβράνες. Η ιδιότητα αυτή αποτελεί πλεονέκτημα συγκριτικά με το γυαλί και τα μέταλλα. Τη δεκαετία του 1950 έγινε η πρώτη εμφάνιση των εύκαμπτων πλαστικών μεμβρανών. Επίσης, μπορούν να μορφοποιηθούν σε οποιοδήποτε σχήμα εξυπηρετώντας έτσι πολλά είδη βιομηχανιών και κατά συνέπεια προϊόντων. 2.Μικρή πυκνότητα Η πυκνότητα των περισσότερων πλαστικών είναι g/cm 3, γεγονός που καθιστά τους δύσκαμπτους πλαστικούς περιέκτες πολύ ελαφρότερους από τους αντίστοιχους μεταλλικούς και γυάλινους. Η χαμηλή πυκνότητα εκφράζεται αλλιώς και ως μικρό βάρος που διευκολύνει τον καταναλωτή κατά τη μεταφορά και χρήση του, ενώ μειώνει (έως 40%) το κόστος μεταφοράς και εμπορίας του. 17

18 3.Ισχυρή θερμοσυγκόλληση Τα εύκαμπτα πλαστικά υλικά συσκευασίας εξασφαλίζουν εξαιρετική θερμοσυγκόλληση σε χαμηλές θερμοκρασίες χωρίς την ανάγκη επικάλυψης με συγκολλητική ουσία (όπως το χαρτί και το γυαλί), γεγονός που αυξάνει την απόδοση των κλειστικών μηχανημάτων και μειώνει το κόστος συσκευασίας (αγορά συγκολλητικών ουσιών, κόστος εργασίας). 4.Δεν δημιουργούν θραύσματα και αιχμηρά άκρα Ο κίνδυνος θραύσης ενός δύσκαμπτου πλαστικού είναι μηδαμινός, όπως και ο τραυματισμός κατά το άνοιγμα μιας πλαστικής συσκευασίας (σε αντίθεση με τους γυάλινους και μεταλλικούς περιέκτες). 5.Ανθεκτικότητα στις περιβαλλοντικές συνθήκες Τα πλαστικά και το γυαλί δεν μουχλιάζουν, όπως το χαρτί, ούτε διαβρώνονται (σκουριάζουν), όπως τα μέταλλα και ιδίως ο λευκοσίδηρος, δεν ευνοούν την ανάπτυξη των μικροοργανισμών και παραμένουν απρόσβλητα στις επιδράσεις του περιβάλλοντος με ένα εύρος θερμοκρασιών και με εξαίρεση το υπεριώδες φως. 6.Στεγανότητα στους υδρατμούς και το οξυγόνο Έχουν μικρότερη διαπερατότητα στους υδρατμούς και το οξυγόνο από το γυαλί και τα μέταλλα και μεγαλύτερη από το χαρτί. Οι πλαστικές μεμβράνες αν συνδυαστούν μεταξύ τους σχηματίζουν μεμβράνες συνεξώθησης ή αν συνδυασθούν και με άλλα εύκαμπτα υλικά (χαρτί, φύλλο αλουμινίου), σχηματίζουν πολύφυλλες ή πολυστρωματικές μεμβράνες, οι οποίες εξασφαλίζουν ικανοποιητική στεγανότητα στους υδρατμούς, στο οξυγόνο και στα άλλα αέρια. Ορισμένα τρόφιμα που απαιτούν συγκεκριμένες συνθήκες για μακροβιότερη συντήρηση. Ως εκ τούτου, κατασκευάζονται περιέκτες με περιορισμένη διαπερατώτητα σε αέρια (επιθυμητή αναλογία). Επίσης, τα περισσότερα πλαστικά προστατεύουν τα τρόφιμα από την πρόσληψη ανεπιθύμητων οσμών από το περιβάλλον. 7.Οπτικές ιδιότητες Οι πλαστικές μεμβράνες και τα πλαστικά φύλλα μπορούν να είναι τελείως έως καθόλου διαπερατά στο φως (διαυγή έως θαμπά). Επίσης, ενσωματώνονται σε αυτά διάφορες χρωστικές ουσίες που τους προσδίδουν απόλυτη αδιαφάνεια ή έγχρωμες διαφανείς μεμβράνες και φύλλα. Αν το συσκευασμένο προϊόν είναι φωτοευαίσθητο, τότε με την προσθήκη ανθρακικού ασβεστίου ή διοξειδίου του τιτανίου το πλαστικό αποκτά ένα αδιαφανές λευκό χρώμα. 8.Μηχανικές ιδιότητες Τα πλαστικά είναι σκληρά, ελαστικά και ανθεκτικά υλικά (π.χ. ΡΕΤ) και παρουσιάζουν σημαντική αντίσταση στο σχίσιμο και στη διάτρηση, στη 18

19 συμπίεση, στην παραμόρφωση και στον εφελκυσμό. Συρρίκνωση, τέντωμα και διόγκωση. Μερικές πλαστικές μεμβράνες συρρικνώνονται ύστερα από θέρμανση, ενώ άλλες τεντώνουν και χρησιμοποιούνται στην περιτύλιξη τροφίμων. Τέλος, πολλά πλαστικά διογκώνονται και μετατρέπονται σε αφρώδες υλικό (μονωτικό υλικό προστασίας του συσκευασμένου προϊόντος από μηχανικά αίτια). (Μπλούκας Γ.Ιωάννης,2004) Μειονεκτήματα Πλαστικών 1.Δύσκολη αποικοδόμηση υλικού Το πλαστικό είναι ένα τεχνητό πολυμερές που μπορεί να επιβιώσει πολλούς αιώνες, χωρίς να είναι δυνατή η φυσική του διάσπαση. Αυτή η ανθεκτικότητα του υλικού προκαλεί πολλά προβλήματα τόσο στην υγεία των ανθρώπων όσο και στο περιβάλλον. Το πλαστικό είναι ένα από τα πιο πολυχρησιμοποιημένα υλικά του πλανήτη, καλύπτοντας τις ανάγκες ακόμα και για τις πιο καθημερινές συνήθειες του ανθρώπου. Η συνεχής απόρριψη όλου αυτού του όγκου, καταλήγει πολλές φορές στη θάλασσα και δημιουργεί προβλήματα σε όλη την τροφική και φυτική αλυσίδα. 2.Τοξική καύση Κάποια πλαστικά προκαλούν πολύ τοξικούς καπνούς όταν καίγονται. Κατά κύριο λόγο, τα πλαστικά παράγονται από απλό πετρέλαιο και άλλες χημικές ουσίες. Όταν λοιπόν χρησιμοποιείται η καύση σαν μέσο διάσπασή τους τα τοξικά αέρια που δημιουργούνται ρυπαίνουν σημαντικά το περιβάλλον και είναι ικανά ακόμα και για την δημιουργία αναπνευστικών προβλημάτων. 3.Θερμοκρασιακά όρια Κάποια από τα πλαστικά υλικά, κυρίως τα πιο μαλακά, είναι ευαίσθητα σε υψηλές θερμοκρασίες. Με την συνεχή έκθεσή τους στην υπεριώδη ακτινοβολία και σε μεγάλες θερμοκρασίες κάποιες από τις πολυμερικές αλυσίδες σπάνε και δημιουργούν επιπτώσεις στη σύνθεση του υλικού. Πολλές φορές, είναι δυνατό μετά από μια τέτοια μεταβολή του υλικού να διαφοροποιηθεί και το εσωτερικό της συσκευασίας. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι και η χρήση PET για την αποθήκευση νερού. Η αδυναμία αυτού του πλαστικού στην υπεριώδη ακτινοβολία, προκαλεί σημαντικά προβλήματα. 4.Εύκολη παραμόρφωση Τα πλαστικά υλικά είναι αποτέλεσμα χημικών ενώσεων που από ρευστά, με ειδική επεξεργασία στερεοποιούνται. Όταν αναφερόμαστε κυρίων σε λεπτές επιφάνειες πλαστικού είναι σύνηθες το φαινόμενο της παραμόρφωσης. Με μια σχετικά μικρή άσκηση δύναμης το πολυμερές παραμορφώνεται και δεν επανέρχεται στην αρχική του μορφή, προκαλώντας μόνιμες αλλαγές ακόμα και στις μηχανικές του ιδιότητες. 19

20 5.Κόστος πρώτων υλών Η παραγωγή πλαστικών υλικών απαιτεί μεγάλες ποσότητες πετρελαίου, αφού αποτελεί κύριο συστατικό του υλικού. Η αύξηση των τιμών του πετρελαίου και οι δυσκολίες απόκτησης πετρελαίου σημαίνουν αυτόματα, σταδιακά μεγαλύτερο κόστος παραγωγής πλαστικού. (Μπλούκας Γ.Ιωάννης,2004) Μετανάστευση ουσιών από τα πλαστικά στα τρόφιμα Ουσίες που μπορούν να μεταναστεύσουν από το τοίχωμα του πλαστικού στο τρόφιμο είναι: Μονομερή ή ολιγομερή μόρια που εγκλωβίστηκαν στη δομή κατά τον πολυμερισμό (υπόλοιπα πολυμερισμού) (πχ αιθυλένιο, βινυλοχλωρίδιο, στυρόλιο) Ουσίες από τα πρόσθετα πλαστικοποιητές, λιπαντικά, χρωστικές, αντιοξειδωτικά Προϊόντα επεξεργασίας πλαστικών (π.χ. διάφοροι διαλύτες αλδεΰδες, κετόνες κλπ. Ουσίες συγκόλλησης και ουσίες από τα μελάνια που έχουν χρησιμοποιηθεί για την εκτύπωση τίτλων, οδηγιών κλπ πάνω στην επιφάνεια του πλαστικού. Σύμφωνα με τις οδηγίες τις Ευρωπαϊκής ένωσης αξιολογούνται δύο παράμετροι: 1. Η ολική μετανάστευση (overall or total migration) και αναφέρεται στο σύνολο των ουσιών που μεταναστεύουν στο τρόφιμο. 2. Η ειδική μετανάστευση (specific migration) αναφέρεται στη μετανάστευση κάθε συστατικού. Η μετανάστευση κάθε συστατικού γίνεται με το μηχανισμό της διάχυσης. Ο ρυθμός (ή ταχύτητα) μετανάστευσης των ουσιών στο τρόφιμο διέπεται από το νόμο του Fick., όπου m η ποσότητα της ουσίας που μεταναστεύει στο τρόφιμο, C o η αρχική ποσότητα της ουσίας στο πλαστικό, Α η επιφάνεια επαφής, t o χρόνος επαφής και D ο συντελεστής διάχυσης. (1) Από τη σχέση(1), φαίνεται ότι η ποσότητα μετανάστευσης αυξάνεται με την τετραγωνική ρίζα του χρόνου επαφής με την επιφάνεια επαφής και τον συντελεστή διάχυσης D. Η διαχυτότητα, σχετίζεται με την κινητικότητα και το μέγεθος των μορίων και αυξάνεται εκθετικά με την θερμοκρασία. Εξαιτίας της αυξανομένης θερμοκρασίας η ταλάντωση και η περιστροφή των 20

21 μακρομορίων του θερμοπλαστικού αυξάνεται και παράλληλα αυξάνεται η κινητικότητα των μικρών μορίων με αποτέλεσμα να διευκολύνεται η μετανάστευσης τους στο τρόφιμο. Η μετανάστευση συνεχίζεται μέχρι την αποκατάσταση ισορροπίας κατανομής του συστατικού μεταξύ τροφίμου και πλαστικού και ο συντελεστής κατανομής εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Επομένως σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, η κινητικότητα των συστατικών στην δομή του πλαστικού είναι ενεργειακά περιορισμένη και ως εκ τούτου και η μετανάστευση ελάχιστη ή και μηδενική. Παράγοντες που επηρεάζουν την μετανάστευση Παράγοντες που επηρεάζουν την μετανάστευση ουσιών από τα πλαστικά στα τρόφιμα είναι: Το μοριακό βάρος(μβ) της μεταναστεύουσας ουσίας, δηλαδή τα μακρομόρια του πλαστικού λόγω στερεοχημικής παρεμπόδισης της κινητικότητας τους επιτρέπουν την μετανάστευση. Η στερεοχημική δομή του πολυμερούς. Τα γραμμικά μόρια διευκολύνουν την μετανάστευση από ότι τα διακλαδωμένα μόρια ίδιου μοριακού ΜΒ. Η φύση και σύσταση του τροφίμου και η συνάφεια του με το τοίχωμα του πλαστικού καθορίζει τη διαλυτότητα της μεταναστεύουσας ουσίας. Τα λιπαρά και ελαιώδη τρόφιμα (πχ μαγιονέζα, βούτυρο, τυρί κλπ) έχουν μεγάλη συνάφεια και η μετανάστευση οργανικών ουσιών ευνοείται. Ο χρόνος και η επιφάνεια επαφής (η μετανάστευση είναι ανάλογη της τετραγωνικής ρίζας του χρόνου και ανάλογη της επιφάνειας επαφής). Η θερμοκρασία αυξάνει τη ταχύτητα μετανάστευσης αλλά και τη διαλυτότητα του συστατικού στο τρόφιμο. Για την εκτίμηση της ειδικής μετανάστευσης με τη συγκέντρωση προσθέτου ουσίας στο τρόφιμο έχουν διατυπωθεί εκθετικά φυσικοχημικά μοντέλα που επιτρέπουν τον υπολογισμό των συντελεστών διάχυσης και των συντελεστών κατανομής για διάφορα πλαστικά όπως PE, PP, PET, PS. Σε Ευρωπαϊκό επίπεδο χρησιμοποιούνται τα λογισμικά πακέτα MIGRATEST (O. Piringer) και SMEWISE (INRA) με σημαντική επιτυχία σε πολλά πλαστικά. (Walter J. Crinnion, Joseph E. Pizzorno,1995) Για να αντιμετωπιστούν προβλήματα που υπάρχουν από την επίδραση του τροφίμου στη μέτρηση της μετανάστευσης στην πράξη, χρησιμοποιούνται πρότυπες ουσίες (προσομοιωτές) αντί για τρόφιμο. Οι προσομοιωτές (simulants) επιλέγονται ανάλογα με το είδος και τις ιδιότητες του τροφίμου. Σε οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης προβλέπονται συντελεστές αναγωγής της ειδικής μετανάστευσης της ουσίας στα τρόφιμο Food Reduction Factors (FRF). Κίνδυνοι Μελέτες έχουν δείξει ότι τα πλαστικά υλικά που χρησιμοποιούνται για τάπερ και μπουκάλια, περιέχουν διφαινόλη Α (BPA). Πρόκειται για μια χημική ένωση που μεταναστεύει στο εσωτερικό της πλαστική συσκευασίας, κυρίως με την αύξηση της θερμοκρασίας, προκαλώντας καρδιαγγειακά νοσήματα και διαβήτη. Η διφαινόλη Α είναι μια χημική ένωση που χρησιμοποιείται στην παραγωγή των πολυκαρβονικών ενώσεων και των εποξυρητινών. Από 21

22 πολυκαρβονικές ενώσεις κατασκευάζεται το ελαφρύ, σκληρό και χρωματιστό πλαστικό που χρησιμοποιείται σε πάρα πολλά προϊόντα. Η διφαινόλη Α αφού περάσει στον ανθρώπινο οργανισμό, αποβάλλεται με τα ούρα εντός 24ώρου. Ωστόσο, ανήκει σε μια κατηγορία χημικών ενώσεων που αποκαλούνται «ενδοκρινικοί διαταράκτες» (όπως και οι φθαλικές ενώσεις, που έχουν απαγορευτεί στα πλαστικά παιδικά παιχνίδια και στις εύκαμπτες πλαστικές μεμβράνες συσκευασίας τροφίμων). (Walter J. Crinnion, Joseph E. Pizzorno,1995). Αυτό σημαίνει ότι «μιμείται» τη λειτουργία των ορμονών, συγκεκριμένα των οιστρογόνων, διαταράσσοντας την ενδοκρινική ισορροπία του οργανισμού. Έρευνες σε πειραματόζωα έχουν συσχετίσει τη διφαινόλη Α με προβλήματα στην ηπατική λειτουργία, διαβήτη, πρόωρη έναρξη της εφηβείας, αποβολές, μεταβολές στο ανοσοποιητικό σύστημα, καρκίνο του μαστού και του προστάτη, ακόμη και με την παχυσαρκία. Οι δοκιμές ερευνητών πρόσφατα έδειξαν ότι πάνω από το 93% του γενικού πληθυσμού έχει κάποιες ουσίες BPA στο σώμα του, γεγονός που υποδεικνύει την σοβαρότητα του προβλήματος και την σπουδαιότητα της λύσης του. (Nature, Brendan Borrell, 2010) Πίνακας εξέλιξης ερευνών για το BPA 1891 Βρέθηκε πρώτη φορά η ουσία BPA Το BPA χρησιμοποιείται σε πολυανθρακικό πλαστικό, ένα υλικό που χρησιμοποιούνται για πλαστικά μπουκάλια μωρών και μπουκάλια νερού Η EPA ορίζει ένα πρότυπο ασφάλειας για την BPA, αλλά μόνο σε πολύ υψηλές δόσεις. Μελέτες που δείχνουν για πρώτη φορά ότι ακόμη και χαμηλές δόσεις μπορεί να συνδέονται με σοβαρά προβλήματα υγείας Η FDA διαπιστώνει ότι το BPA διεισδύει από την μεταλλική επένδυση σε συσκευασίες τροφίμων για μωρά, στο περιεχόμενο Μια ομάδα διεθνών εμπειρογνωμόνων του NIH καταλήγει στο συμπέρασμα αυτό το BPA παρουσιάζει σαφή κίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία Μελέτες αποδεικνύουν ότι το BPA μεταφέρεται στο εσωτερικό των μπουκαλιών για μωρά με την αύξηση της θερμοκρασίας Η Science International, ένας οργανισμός που συνδέεται με τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (NIH), διαπιστώνει ότι το BPA σε χαμηλές δόσεις είναι ασφαλής. Ανακαλύπτεται αργότερα ότι η Science International δούλεψε για δύο δημιουργούς του BPA και η ΝΙΗ διακόπτει την συνεργασία Η Κοινοβουλευτική Επιτροπή Ενέργειας και Εμπορίου αρχίζει τη διερεύνηση της BPA. Τον Απρίλιο, ο πρόεδρος της επιτροπής καλεί το FDA να ρυθμίσει καλύτερα τη BPA στα βρεφικά και παιδικά προϊόντα Ενδοκρινολογικό κέντρο προειδοποιεί με σχετική δήλωση για τους παράγοντες που διαταράσσουν τις ορμόνες, συμπεριλαμβανομένης της BPA. Αργότερα την ίδια χρονιά, η EWG ανιχνεύει BPA στο 90% των 10 δειγμάτων αίματος ομφάλιου λώρου που συλλέγονται από νεογέννητα. Πηγή: 22

23 out#.w6c9u2gzam9 Επίσης, άλλες μελέτες αποδεικνύουν ότι το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET), που χρησιμοποιείται κατά βάση για την συσκευασία νερού, χρησιμοποιεί σαν καταλύτη αντιμόνιο (Sb). Με την αύξηση της θερμοκρασίας μόρια αντιμονίου εισέρχονται στο νερό, δημιουργώντας πολλά προβλήματα υγείας στον καταναλωτή όπως καρκίνο, πονοκεφάλους και αναπνευστικά προβλήματα. Σε μια έρευνα που διεξήχθη αποδείχτηκε ότι η περιεκτικότητα σε αντιμόνιο σε διαστήματα 12 εβδομάδων ήταν πολύ χαμηλή σε θερμοκρασίες από 4 έως 21. Έπειτα η συγκέντρωση αντιμονίου αυξήθηκε κατά 1,6 φορές από 1,60 σε 2,50 μg / L στους 35 C μετά από 12 εβδομάδες και 2,1 φορές από 1,71 σε 3,60 μg / L στους 45 C. Ακόμη ένα συχνό φαινόμενο, είναι η επαναχρησιμοποίηση των μπουκαλιών για την αποθήκευση άλλων υγρών ή ακόμη και νερού. Γεγονός που επιφέρει προβλήματα στην υγεία των ανθρώπων, αφού η πολυχρησία του υλικού, δημιουργεί αλλοιώσεις με αποτέλεσμα αντιμόνιο και άλλες χημικές ουσίες να εισέρχονται στο σκευαζόμενο προϊόν. (Lester H. Gabriel, Ph.D., P.E.) Επικίνδυνα πλαστικά Εικόνα 3.3 Σύμβολα ανακύκλωσης πλαστικών Τύπος 1: Τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο Συνήθως χρησιμοποιείται σε μπουκάλια για νερό, για χυμούς, για σάλτσες σαλάτας και για την συσκευασία φυτικών έλαιων. Το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο είναι αρκετά ελαφρύ, καθαρό και δεν δημιουργεί αιχμές κατά την κατασκευή του. Η περιεκτικότητα του σε δισφαινόλη-α, ή φθαλικές ενώσεις είναι χαμηλή όμως περιέχει αντιμόνιο, που αποτελεί κίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία. Ενδείκνυται για μία χρήση αφού,επιβλαβή βακτήρια μπορεί να αναπτυχθούν στη συσκευασία,με την επαναχρησιμοποίηση. Τα δοχεία από τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο έχουν το σύμβολο "PET" τυπωμένο σε κάποιο σημείο της συσκευασίας.. Τύπος 3: Πολυβινυλοχλωρίδιο Το πολυβινυλοχλωρίδιο περιέχει φθαλικές ενώσεις που μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα αναπαραγωγής στον ανθρώπινο οργανισμό. Αυτός ο τύπος πλαστικού διαθέτει ικανοποιητική διαφάνεια και είναι αρκετά εύκαμπτος, αλλά διατίθεται και πιο σκούρο και άκαμπτο. Πλαστικά δοχεία 23

24 τροφίμων, που συνήθως κατασκευάζονται με πολυβινυλοχλωρίδιο, είναι τα μπουκάλια για χυμούς φρούτων, για μαγειρικό λάδι και για τις διάφανείς πλαστικές συσκευασίες τροφίμων. Τα πλαστικά δοχεία με πολυβινυλοχλωρίδιο έχουν το σύμβολο "V" επάνω τους. Τύπος 7: Πολυανθρακικό Οι πλαστικές συσκευασίες που κατασκευάζονται από πολυαθρακικό θα πρέπει να αποφεύγονται, διότι ενδέχεται να περιέχουν δισφαινόλη-α, η οποία εκλύεται σταδιακά στο περιεχόμενό τους. Σε αυτή την κατηγορία πλαστικών υπάρχει μια τύπωση με σύμβολο "Υ", ή η αναγραφή Other. Χρησιμοποιούνται για την συσκευασία μεγάλων μπουκαλιών για νερό ψυγείου, σε σκληρά, επαναχρησιμοποιήσιμα μπουκάλια για νερό και σε πλαστικές κούπες καφέ. Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν πολυανθρακικό για αυτά τα προϊόντα, εξαιτίας της εξαιρετικά καλής αντοχής του σε θραύση. Συμπεράσματα Μέσα από την μελέτη στην μέχρι τώρα ιστορική αναδρομή σε ότι αφορά την συσκευασία νερού, κατανοήθηκαν οι ανάγκες των ανθρώπων και η αναθεώρηση της συσκευασίας κάθε φορά με βάση τις συνθήκες. Επίσης μέσα από την εκτενή έρευνα στα πλαστικά υλικά, όπου έχουν εδραιωθεί στη συσκευασία στις μέρες μας, δημιουργήθηκε η ανάγκη για άμεση επανασχεδίαση εμφιαλωμένων νερών για την διαφύλαξη τόσο της υγείας του ανθρώπου όσο και του περιβάλλοντος. Σημαντική παρατήρηση της παραπάνω έρευνας είναι το γεγονός ότι οι σύσταση των πλαστικών υλικών αλλοιώνεται κυρίως σε υψηλές θερμοκρασίες δημιουργώντας σοβαρά προβλήματα υγείας στον ανθρώπινο οργανισμό. Τέλος ως κατάλληλα υλικά για την αποθήκευση νερού στις μέρες μας, με βάση την ιστορική αναδρομή, κρίνονται η νεροκολοκύθα, το δέρμα και το γυαλί. 3.4 Περιβαλλοντική ηθική Στόχος Ποιες ομάδες της γης επηρεάζει η χρήση αυτού του υλικού; Από την εξέλιξη της μέχρι τώρα έρευνας έχει αναφερθεί αρκετές φορές το περιβαλλοντικό πρόβλημα που έχει προκύψει από την επικράτηση της πλαστικής συσκευασίας στην εμφιάλωση νερού. Προκειμένου να κατανοηθεί εκτενέστερα το πρόβλημα αλλά και οι πιθανές λύσεις ερευνήθηκαν οι επιρροές, οι επιπτώσεις και πιθανά ικανές λύσεις Στις μέρες μας, τα περισσότερα αντικείμενα της καθημερινής ζωής έχουν πολύ μικρότερη διάρκεια ζωής από τα υλικά που το αποτελούν. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την υπερβολική κατανάλωση μη ανανεώσιμων πρώτων υλών και ενέργειας, την εκπομπή αερίων που ενισχύουν το φαινόμενο του 24

25 θερμοκηπίου, κυρίως μέσω της έκλυσης CO2, και την επιβάρυνση του περιβάλλοντος με μεγάλο όγκο απορριμμάτων τα οποία παραμένουν αδιάσπαστα για εκατοντάδες χρόνια. Προκειμένου να αποφευχθεί περαιτέρω καταστροφή του περιβάλλοντος και κατά συνέπεια υποβάθμιση της ζωής, πρέπει να ληφθούν μέτρα αντιμετώπισης αυτών των φαινομένων σε όλους τους τομείς, ακόμα και στη σχεδίαση και παραγωγή προϊόντων. Τα τελευταία χρόνια έχει αποδειχθεί ότι η μεγάλη παραγωγή πλαστικών και η ένταξη του πολυμερούς στην ρουτίνα των ανθρώπων έχει προκαλέσει σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα. Το τεχνητό πολυμερές αποτελεί χημική ένωση με τεράστιες δυνατότητες αντοχής στην βιοαποικοδόμησή του. Γεγονός που επιφέρειτην συσσώρευση πολλών τόνων πλαστικού προς ανακύκλωση και απόρριψη. Η αποτέφρωση τους, η ανακύκλωση τους, η επαναχρησιμοποίηση ή και η κομποστοποίησή τους είναι πολλές φορές δύσκολη. Οι διαδικασίες αυτές καταναλώνουν μεγάλα πόσα ενέργειας, όταν δεν υπάρχει ο κατάλληλος σχεδιασμός και ίσως είναι και ακριβές. Όταν πρόκειται για καύση των υλικών αυτών, προκειμένου να αποικοδομηθούν επιβαρύνεται η ατμόσφαιρα με σημαντικές ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα (CO2) καθώς και με άλλες βλαβερές και τοξικές ουσίες. Για την επιτραπέζια συσκευασία νερού χρησιμοποιούνται κατά κόρον συνθετικά πολυμερή. Αυτό οφείλεται στην αντοχή και στην αντίστασή τους στα διάφορα είδη διάβρωσης, αλλά και στη χαμηλή τους τιμή. Το γεγονός ότι χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές μικρής διάρκειας όπως συσκευασία νερού, δημιουργεί μεγάλο περιβαλλοντικό πρόβλημα λόγω έλλειψης χώρου απόρριψής τους. Επίσης η πολύ καλή ανθεκτικότητα στη διάσπαση του υλικού, δημιουργεί προβλήματα ανακύκλωσης και διάσπασης, με αποτέλεσμά τα περισσότερα από αυτά τα υλικά να καταλήγουν στις θάλασσες. Απ την άλλη οι μικροοργανισμοί που βρίσκονται στο χώμα δεν μπορούν να διασπάσουν μια πολυμερική αλυσίδα από αποτελείται κυρίως από πετρελαϊκά παράγωγα, με αποτέλεσμα τόνοι πλαστικών να παραμένουν αναλλοίωτοι στο έδαφος. Αυτοί και άλλοι παρόμοιοι λόγοι έχουν οδηγήσει επιστήμονες και εταιρίες σε έρευνες για την ανεύρεση νέων προϊόντων. Βιοδιασπώμενα πολυμερή Εικόνα 3.4 Τρόποι ανακύκλωσης Συμμεριζόμενοι το παραπάνω πρόβλημα οι επιστήμονες διενεργούν έρευνες ώστε να βρεθούν τρόποι αντικατάστασης των κοινών πλαστικών με νέα, καινοτόμα υλικά που έχουν την ίδια λειτουργικότητα αλλά θα είναι 25

26 παράλληλα αποδεκτά από το περιβάλλον, όπως επιβάλλεται από την φιλοσοφία της αειφόρου σχεδίασης. Μέσα από τις έρευνες που έχουν διεξαχθεί μέχρι σήμερα δημιουργήθηκαν κάποια πολυμερή υλικά τα οποία διαθέτουν την ιδιότητα διάσπασης στο περιβάλλον σε σύντομο χρονικό διάστημα, αυτά είναι τα λεγόμενα βιοδιασπώμενα ή βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά. Πρόκειται για υλικά που συντελούν στη μείωση της ανάγκης για παραγωγή σύνθετων πλαστικών σε χαμηλό κόστος, δημιουργώντας θετικά αποτελέσματα τόσο περιβαλλοντικά όσο και οικονομικά. Τα βιοδιασπώμενα υλικά μπορεί να προέρχονται από φυσικά ή συνθετικά πολυμερή. Η ανάπτυξη των βιοδιασπώμενων πολυμερών αποτελεί εναλλακτική λύση στις εφαρμογές των κοινών πλαστικών, καθώς εμφανίζουν παρόμοιες μηχανικές και φυσικές ιδιότητες με τα συμβατικά πλαστικά και επιπλέον προσφέρουν λύση στο πρόβλημα της μόλυνσης του περιβάλλοντος. Η διάσπασή τους γίνεται σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα σε διοξείδιο του άνθρακα, νερό και βιομάζα. Στην πράξη η αντικατάσταση των συνθετικών πλαστικών από τα βιοδιασπώμενα πολυμερή είναι εφικτή για συγκεκριμένες εφαρμογές όπως μιας χρήσεως ή σύντομης διάρκειας. Τα «περιβαλλοντικά διασπώμενα πολυμερή» χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα με το μηχανισμό διάσπασής τους, οι οποίες είναι οι εξής: Βιοδιασπώμενα Βιοδιασπώμενα χαρακτηρίζονται τα υλικά που η φύση έχει την ικανότητα να αποικοδομήσει όλα όσα παράγει σε στοιχειώδεις μονάδες, έτσι ώστε νέοι οργανισμοί να μπορούν να σχηματιστούν από τους παλιούς. Όλες οι φυσικές πρώτες ύλες επιστρέφουν στη φύση, όλα τα φυτά και τα ζώα βιοδιασπώνται. Ακόμα και το καθαρό πετρέλαιο διασπάται όταν βρεθεί σε κατάλληλο περιβάλλον, νερού, αέρα και άλλων συστατικών. Από τη στιγμή όμως που οι πρώτες ύλες μετατρέπονται σε προϊόντα, μετασχηματίζονται από τη βιομηχανία σε τέτοιο βαθμό που η φύση, δηλαδή οι μικροοργανισμοί και τα ένζυμα που διασπούν τα φυσικά υλικά, να μην μπορεί να τις αναγνωρίσουν και να τις διασπάσουν. Κομποστοποιήσιμα Κομποστοποιήσιμα χαρακτηρίζονται τα υλικά που έχουν δημιουργηθεί από τη συλλογή οργανικών αποβλήτων (φύλλα, υπολείμματα φαγητών, φρούτων, λαχανικών), τη διάσπασή τους και τη μετατροπή τους κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες σε ενεργό οργανικό λίπασμα. Η κομποστοποίηση αποτελεί ένα ελεγχόμενο μηχανισμό αερόβιας διάσπασης των οργανικών απορριμμάτων με τρόπο φυσικό από μικροοργανισμούς στο χώμα. Τα κομποστοποιήσιμα πολυμερή αποτελούν υποκατηγορία των βιοδιασπώμενων πλαστικών και ορίζονται ως τα πλαστικά που βιοδιασπώνται σε περιβάλλον κομποστοποίησης με βιολογικές διαδικασίες ενώ ταυτόχρονα μετατρέπονται σε διοξείδιο του άνθρακα, νερό, ανόργανα συστατικά και βιομάζα. Η κομποστοποίηση πραγματοποιείται σε ελεγχόμενες συνθήκες περιβάλλοντος, συγκεκριμένα σε θερμοκρασία περίπου C σε χρονικό διάστημα 26

27 περίπου 12 εβδομάδων και εξαρτάται από το μέγεθος, το σχήμα και το πάχος του υλικού. Δεν λαμβάνει χώρα σε συνθήκες υγειονομικής ταφής αλλά μόνο σε ελεγχόμενες συνθήκες, όπως στον κήπο του σπιτιού για παράδειγμα, δεν αφήνει τοξικά κατάλοιπα και ενισχύει την ποιότητα του εδάφους. Υδρο-βιοδιασπώμενα Τα υδρο-βιοδιασπώμενα πολυμερή διασπώνται μέσω υδρόλυσης και περιέχουν άμυλο ή παράγωγά του σε υψηλό ποσοστό. Κατ ουσία, πρόκειται για την εξέλιξη της κατηγορίας των βιοδιασπώμενων πολυμερών, ούτως ώστε τα φυσικά υποκατάστατα του πλαστικού να είναι πλήρως εμπορικά εκμεταλλεύσιμα, ενώ ταυτόχρονα να αποικοδομούνται γρηγορότερα. Βασικό χαρακτηριστικό των υδρο-βιοδιασπώμενων πολυμερών είναι η ευαισθησία τους στην υγρασία. Παρόλα αυτά έχει τεθεί ένα όριο για την εκκίνηση της διάσπασης, ώστε τα πολυμερή αυτά να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή οποιουδήποτε προϊόντος, ανεξαρτήτως της χρήσης του. (Katarzyna Lemanska,2011) Φωτο-βιοδιασπώμενα Η τεχνολογία των φωτο-διασπώμενων πολυμερών βασίζεται στην προσθήκη μικρής ποσότητας «διασπαστή» ο οποίος εισαγόμενος στο πλαστικό κατά τη διαδικασία παραγωγής της πρώτης ύλης αλλάζει τη συμπεριφορά του πλαστικού. Τα φωτο-βιοδιασπώμενα πλαστικά, αφού εκτεθούν για κάποιο διάστημα στον ήλιο, ακόμη και με την ταφή, θα αποικοδομηθούν με την βοήθεια βακτηρίων και μυκήτων καθώς προηγούμενα ο «διασπαστής» έχει διασπάσει τα μακρομόρια του πλαστικού σε άλλα μικρότερα. Βιοδιαβρώσιμα Τα βιοδιαβρώσιμα πολυμερή διασπώνται από φυσικούς παράγοντες, κυρίως παρουσία μικροοργανισμών, και μπορεί να περιλαμβάνει διαδικασίες όπως η διάλυση στο νερό. Τα περιβάλλοντα διάσπασης των φωτοδιασπώμενων και βιοδιαβρώσιμων πολυμερών διαφέρουν και για το λόγο αυτό δεν ανήκουν στην κατηγορία των βιοδιασπώμενων πολυμερών. Η ανάπτυξη των βιοδιασπώμενων πολυμερών, δηλαδή των πολυμερών που προέρχονται συνήθως από ανανεώσιμες πρώτες ύλες και διασπώνται μετά την απόρριψή τους από μικροοργανισμούς που βρίσκονται στο περιβάλλον, αποτελεί μια εναλλακτική λύση στις εφαρμογές των κοινών πλαστικών, αφού έχουν παρόμοιες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες με τα συμβατικά πλαστικά. 27

28 Βιοδιασπώμενα υλικά Εικόνα 3.5 Σύστημα συντεταγμένων υλικού των βιοπλαστικών PLA Το πολυγαλακτικό οξύ (PLA) είναι διαφορετικό από τα θερμοπλαστικά πολυμερή, καθώς προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές όπως το άμυλο καλαμποκιού ή ζαχαροκάλαμο. Τα πλαστικά που προέρχονται από βιομάζα, όπως και το PLA, είναι γνωστά ως " βιοπλαστικά ". Το πολυγαλακτικό οξύ είναι βιοαποικοδομήσιμο και έχει χαρακτηριστικά παρόμοια με το πολυπροπυλένιο (PP), το πολυαιθυλένιο (PE) ή το πολυστυρένιο (PS). Μπορεί να παραχθεί από τον ήδη υπάρχοντα κατασκευαστικό εξοπλισμό για πλαστικά, γεγονός που το καθιστά σχετικά αποδοτικό ως προς το κόστος παραγωγής. Υπάρχει αρκετά μεγάλη ποικιλία εφαρμογών για το πολυγαλακτικό οξύ. Μερικές από τις συνηθέστερες χρήσεις περιλαμβάνουν πλαστικές μεμβράνες, μπουκάλια και βιοδιασπώμενες ιατρικές συσκευές (π.χ. βίδες, καρφίτσες, ράβδοι και πλάκες που μπορούν να βιοαποδοθούν μέσα σε 6-12 μήνες με υδρόλυση ακολουθούμενη από κομποστοποίηση. Σε γενικές γραμμές, το PLA διαθέτει χαρακτηριστικά όπως διαφάνεια παρόμοια με αυτή του PET, στεγανότητα, δυνατότητα εκτύπωσης με τον ήδη υπάρχοντα εξοπλισμό και κατεργασίας μέσω κοινών μεθόδων μορφοποίησης (χύτευση, εκβολή και ινοποίηση).οι ιδιότητές του είναι παρόμοιες με αυτές του PET και για το λόγο αυτό είναι σε θέση να το αντικαταστήσει σε πολλές εφαρμογές, κυρίως σε μπουκάλια εμφιάλωσης νερού. PCL Η πολυκαπρολακτόνη ή αλλιώς το PCL είναι ένα βιοδιασπώμενο θερμοπλαστικό πολυμερές του οποίου οι πρώτες ύλες προέρχονται από το πετρέλαιο. Αν και δεν παράγεται από ανανεώσιμες πηγές είναι πλήρως βιοδιασπώμενο. Το PCL έχει χαμηλό σημείο τήξης (58 ο C-60 ο C) και για το λόγο αυτό η μορφοποίησή του πραγματοποιείται εύκολα. Εξαιτίας του χαμηλού 28

29 σημείου τήξεως ευνοείται ως μέθοδος διάσπασης του PCL η κομποστοποίηση.σε περιβάλλον κομποστοποίησης το PCL χωρίς πρόσθετα βιοδιασπάται πλήρως σε 6 εβδομάδες. Η πολυκαπρολακτόνη είναι ένα βιοσυμβατό υλικό το οποίο έχει βρεθεί κατάλληλο για κλινικές εφαρμογές. Ως υδρόφοβο υλικό έχει αργή διάσπαση in-vivo. Στην in vivo διάσπαση, το PCL διασπάται μέσω υδρόλυσης της ομάδας εστέρα στο ανθρώπινο σώμα και γι αυτό χρησιμοποιείται ως βιοϋλικό σε εμφυτεύματα. Σε αναερόβια βιοδιάσπαση σε υδάτινο περιβάλλον (θάλασσα), το PCL διασπάται πλήρως σε περίπου οκτώ εβδομάδες και αυτό συμβαίνει εξαιτίας των ενζύμων που βρίσκονται στο θαλασσινό νερό και επιταχύνουν τη βιοδιάσπαση. Χιτίνη- Χιτοζάνη Η χιτίνη είναι ένα φυσικό πολυμερές που χρησιμοποιείται ως βιοϋλικό σε ιατρικές εφαρμογές και το οποίο βρίσκεται σε αφθονία στη φύση (είναι το δεύτερο σε αφθονία φυσικό βιοπολυμερές μετά την κυτταρίνη). Έχουν παραχθεί μίγματα χιτίνης με συνθετικά πολυμερή, όπως η πολυβινυλική αλκοόλη, αλλά και με βιοπολυμερή, όπως το κολλαγόνο. Προέρχεται από ένα τύπο πολυσακχαρίτη που βρίσκεται στο κέλυφος των οστρακοειδών και την εξωσκελετική θωράκιση των αρθρόποδων. Βιομηχανικά παράγεται από το κέλυφος των οργανισμών με απομετάλλωση, πλύση και ξήρανση. Αξίζει να αναφερθεί η προσπάθεια για δημιουργία φιλικής προς το περιβάλλον συσκευασίας από τη χιτίνη (chitin) και τη χιτοζάνη (chitosan) που προέρχονται από το κέλυφος της γαρίδας, τα οποία είναι φυσικά βιοδιασπώμενα πολυμερή, μη τοξικά και με αντιμικροβιακές ιδιότητες. Η προσπάθεια αυτή στηρίζεται και στη συμμετοχή του Νορβηγικού Ινστιτούτου Τροφίμων (Nofima) και σκοπό έχει τη δημιουργία έξυπνης συσκευασίας για την προφύλαξη τροφίμων με την χρήση της νανοτεχνολογίας (Whitworth, 2013). Φυσικές ίνες Οι φυσικές ίνες περιλαμβάνουν ίνες που παράγονται από τα φυτά, τα ζώα και από γεωλογικές διεργασίες. Οι φυτικές ίνες αποτελούνται κυρίως από μακρομόρια κυτταρίνης, ημικυτταρίνης και λιγνίνης. Στις φυτικές ίνες ανήκουν οι ίνες βαμβακιού, λιγνίνης, η κάνναβη, το λινό, το καλάμι, το μπαμπού και άλλα. Οι ίνες κυτταρίνης χρησιμοποιούνται σε σύνθετα βιοδιασπώμενων πολυμερών για να βελτιώσουν τις μηχανικές τους ιδιότητες. Από φυτικές ίνες κατασκευάζονται υφάσματα και το χαρτί. Οι ίνες με ζωική προέλευση, όπως για παράδειγμα το κολλαγόνο, η χιτίνη, ο ιστός αράχνης, αποτελούνται κυρίως από πρωτεΐνες. Οι ίνες από καλάμι, μπαμπού, από κάνναβη και από λινό είναι συνεχείς ίνες οι οποίες διαθέτουν καλές μηχανικές ιδιότητες (υψηλό μέτρο ελαστικότητας), είναι οικονομικές και ανανεώσιμες ετησίως σε αντίθεση με ξύλο, που χρειάζεται χρόνια για να αναπτυχθεί. Mater-Bi Το Mater-Bi είναι ένα πολυμερές με βάση το άμυλο το οποίο παράγεται από την εταιρία Novamont. Προκύπτει ως μίγμα αμύλου με συνθετικά βιοδιασπώμενα πολυμερή, συνήθως PCL ή/και PVOH, σε ποσοστό 40% περίπου. Ως θερμοπλαστικό υλικό (πρώτη ύλη) παρουσιάζει πυκνότητα

30 g/cm 3 και μέτρο ελαστικότητας GPa. Μορφοποιείται χρησιμοποιώντας τις συνήθεις μεθόδους χύτευσης και εκβολής και έχει δυνατότητα εκτύπωσης με κοινά μελάνια χωρίς τη ανάγκη να προηγηθεί επεξεργασία. Είναι διαθέσιμο σε μορφή κόκκων και χρησιμοποιείται σε πλήθος εφαρμογών, όπως μεμβράνες με την ίδια κατεργασία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή μεμβρανών από κοινό LDPE, θερμοσκληρυνόμενα και χυτά αντικείμενα, καθώς και αφρώδη προστατευτικά και συσκευασίες. Σε μορφή μεμβράνης παρουσιάζει διαφάνεια, σε χυτά αντικείμενα δίνει την αίσθηση του ξύλου ενώ επιδέχεται χρωματικούς συνδυασμούς. Το πιο γνωστό προϊόν από Mater-Bi είναι οι σακουλές BioBag. Οι βιοδιασπώμενες σακούλες από mater-bi κέρδισαν το ευρωπαϊκό βραβείο καλύτερης εφεύρεσης το Μάιο του Εκτός από το γεγονός ότι συμβάλλουν στη μείωση του όγκου των απορριμμάτων, η αποθήκευση λαχανικών σε βιοδιασπώμενες σακούλες τα διατηρεί φρέσκα για περισσότερες ημέρες σε σχέση με τις πλαστικές. Το Mater-Bi είναι πιστοποιημένο με το ευρωπαϊκό πρότυπο κομποστοποίησης και βιοδιάσπασης και διασπάται πλήρως σε διοξείδιο του άνθρακα, νερό και βιομάζα σε 3-6 μήνες. PHB Το ομοπολυμερές PHB είναι ένα σκληρό και σχετικά ψαθυρό θερμοπλαστικό υλικό. Μελετήθηκε για πρώτη φορά το 1926 στο Ινστιτούτο Pasteur στο Παρίσι. Για εμπορικές μελέτες και εφαρμογές, άρχισε να παράγεται στις Η.Π.Α. στα τέλη της δεκαετίας του 1950 και αρχές του To PHB έχει πυκνότητα 1.25 g/cm 3, παρουσιάζει αδιαπερατότητα στο οξυγόνο και το νερό. Οι μηχανικές του ιδιότητες μοιάζουν αρκετά με αυτές του πολυπροπυλενίου (PP) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αντικαταστάτης του. Σε αντίθεση με το πολυπροπυλένιο το οποίο, εξαιτίας της χαμηλής του πυκνότητας, επιπλέει στο νερό, το PHB βυθίζεται), γεγονός που διευκολύνει την αναερόβια διάσπασή του σε ίζημα.επιπλέον, το PHB έχει πολύ μικρότερη επιμήκυνση μέχρι τη θραύση (15%) σε σχέση με το PP. Το σημείο τήξης του στους 175 C είναι ελάχιστα πιο χαμηλό από τη θερμοκρασία διάσπασής του στους 185 C, γεγονός που κάνει δύσκολη τη μορφοποίησή του. Η βιοσυμβατότητά του έχει μελετηθεί και έχει αποδειχθεί και χαρακτηρίζεται ως μη τοξικό. Συμπεράσματα Μέσα από την ανάλυση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων και των πιθανών λύσεων, η έρευνα εξελίχθηκε, κατανοώντας και μελετώντας σχετικά νέα υλικά που πιθανά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στην σχεδίαση, όπως το PLA, οι φυτικές ίνες ή το Mater-Bi. Τα υλικά αυτά ικανοποιούν τις περιβαλλοντικές και μηχανικές αρχές που είναι απαραίτητες στο υπό σχεδίαση σύστημα, με αποτέλεσμα να αποτελούν λύση στην μετέπειτα σχεδιαστική επιλογή υλικών. 30

31 3.5 Μελέτη κατάλληλων υλικών Στόχος Ποια υλικά είναι ικανά να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση του προβλήματος της θερμόνωσης; Με την εξέλιξη της έρευνας παρατηρήθηκε ότι υλικά με θερμομονωτικές ιδιότητες μπορούν να αποτελέσουν λύση στην επιλογή του υλικού για την συσκευασία εμφιαλωμένου νερού. Συνεκτιμώντας και τις περιβαλλοντικές ανάγκες της εποχής, διεκπεραιώθηκε μία μελέτη σε φυσικά υλικά με στόχο την ανάλυσή τους για την επιλογή κατάλληλου υλικού. Η συσκευασία νερού αποτελεί βασική ανάγκη του ανθρώπου στις μέρες μας, όπως αναλύθηκε και παραπάνω. Η επιλογή του υλικού για μια τέτοια συσκευασία αποτελεί βασική προϋπόθεση για την διασφάλιση της ακεραιότητάς του. Έχοντας μελετήσει τα προβλήματα που προκύπτουν από την εδραίωση του πλαστικού σε αυτή την κατηγορία αλλά και τις αιτίες που δημιουργούν τα εν λόγω προβλήματα, κρίνεται αναγκαία η μελέτη υλικών με φιλικό χαρακτήρα προς το περιβάλλον αλλά και ικανών να διατηρήσουν το περιεχόμενο αναλλοίωτο. Bamboo Το μπαμπού ήταν γνωστό στους Έλληνες από τα αρχαία χρόνια. Ο Θεόφραστος το αναφέρει ως «ινδικό κάλαμο» και ο Ηρόδοτος γράφει ότι από το φυτό αυτό κατασκεύαζαν βέλη και από τα δενδρώδη είδη του έφτιαχναν καλαμένια μονόξυλα στην Ινδία. Υπάρχουν καταγραφές που χρονολογούνται πάνω από επτά χιλιάδες χρόνια και μιλούν για προϊόντα από μπαμπού, όπως τα βέλη, το χαρτί, τα δομικά υλικά και τα βιβλία. Η λέξη μπαμπού προέρχεται από τον όρο Εικόνα 3.6 Bamboo bambu της Ινδική διαλέκτου Κανάντα (Kannada). Αργότερα την οικειοποιήθηκε η Αγγλία με την μορφή bamboo. Έχουν καταγραφεί πάνω από 200 είδη μπαμπού τα οποία ευδοκιμούν κυρίως σε Αμερική, Ασία και Αφρική. Λόγω της προέλευσής του, του τρέχοντος τρόπου με τον οποίο χρησιμοποιείται, και της οικονομικής βιωσιμότητας του φυτού, το μπαμπού αποτελεί εξαιρετικό πόρο. Έχει βρεθεί ότι οι ίνες bamboo μπορεί να έχουν μεγαλύτερη αντοχή, ακόμη και από κάποιους χάλυβες. Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι το μέτρο που καθορίζει το πόσο πιθανό είναι να σπάσει ένα υλικό. Όταν οι μίσχοι κόβονται και συμπιέζονται, μπορούν να ανταγωνίζονται τη δύναμη των περισσότερων χαλύβων. Παράλληλα η αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες και στην υπεριώδη ακτινοβολία συνδυαστικά με την εύκολη επεξεργασία και το 31

32 χαμηλό βάρος του υλικού, το κάνει ιδιαίτερα ευέλικτο όσον αφορά στις δυνητικές εφαρμογές. Συγκριτικά με τα δέντρα των δασών, το μπαμπού μεγαλώνει πολύ γρήγορα. Ο μεγάλος ρυθμός ανάπτυξής του αιωνόβιου αυτού φυτού, του έχει δώσει την φήμη της πιο «πράσινης» ή «βιώσιμης εναλλακτικής λύσης, ανάμεσα σε όλα τα είδη ξύλων. Το μπαμπού γίγας (Gigantochloa verticillata Giant bamboo) είναι ένα από τα είδη με ταχεία ανάπτυξη κατακτώντας record guinness το 2014 ως το φυτό με την ταχύτερη ανάπτυξη, ως και 91 εκατοστά την ημέρα ή με ρυθμό km/h. Το συγκεκριμένο είδος μπορεί να φτάσει τα 25 μέτρα στο φυσικό του περιβάλλον και βρίσκεται κυρίως στην Νοτιοανατολική Ασία, στην Ινδία, στη Μαδαγασκάρη και στον Αμαζόνιο. Αποτελεί ένα από τα ισχυρότερα υλικά στη γη. Λόγω του μικρού του βάρους και της μεγάλης αντοχής του χρησιμοποιείται στην κατασκευή πλαισίων ποδηλάτων, ενώ οι ιδιότητες αυτές το καθιστούν ιδανικό υποψήφιο για να αντικαταστήσει το ξύλο σε πολλές από τις παραδοσιακές του χρήσεις στα κτήρια. Λόγω των ιδιοτήτων του, το υλικό αυτό έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον πολλών επιστημόνων καθώς δημιουργεί τις συνθήκες για την κατασκευή πολλών προϊόντων, ως και υφάσματος Πρόκειται για ένα απόλυτα οικολογικό υλικό με αφθονία στην Κίνα και στην Ιαπωνία, γεγονός που το κάνει περισσότερο ελκυστικό για την δημιουργία οικολογικών και ανακυκλώσιμων προϊόντων. Με τη βοήθεια των νέων τεχνολογιών και των τρόπων επεξεργασίας, τα μπαμπού πλέον ανταγωνίζονται πολλά υλικά που έχουν εδραιωθεί στην κατασκευή πολλών προϊόντων, ενώ σύμφωνα με εκτιμήσεις η παγκόσμια αγορά μπαμπού ανέρχεται σε περίπου 10 δισεκατομμύρια δολάρια σήμερα και αναμένεται να διπλασιαστεί σε πέντε χρόνια. Κέλυφος καρύδας Η καρύδα ανήκει στη κατηγορία των φρούτων και παράγεται σε 92 χώρες σε όλο τον κόσμο. Η Ινδονησία, οι Φιλιππίνες και η Ινδία αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 75% της παγκόσμιας παραγωγής καρύδας με την Ινδονησία να αποτελεί την μεγαλύτερη παραγωγική μονάδα στον κόσμο. Στα σανσκριτικά, το φοινικόδεντρο λεγόταν «kalpa vriksha», δηλαδή «δέντρο που προσφέρει όλα τα απαραίτητα για τη ζωή». Και αυτό επειδή κάθε μέρος, κάθε τμήμα της καρύδας έχει μια Εικόνα 3.7 Κέλυφος καρύδας σημαντική χρησιμότητα. Στο μεγαλύτερο μέρος της νοτιοανατολικής Ασίας, στην Ινδία και τις Φιλιππίνες, το φοινικόδεντρο θεωρείται «το δέντρο της ζωής». Υπάρχουν τουλάχιστον είδη καρύδας. Τα φοινικόδεντρα παράγουν καρύδες έως και 13 φορές το χρόνο και χρειάζονται περίπου 11 με 12 μήνες για να ωριμάσει μια καρύδα. Οι καρύδες με την σημερινή παγκόσμια παραγωγή έχουν τη δυνατότητα να παράγουν μέσω καύσης ηλεκτρική ενέργεια, θερμότητα, ινοσανίδες, οργανικά λιπάσματα, ζωοτροφές, 32

33 συμπληρώματα διατροφής και πολλά άλλα. Πριν από μερικά χρόνια, μια ομάδα ερευνητών στο πανεπιστήμιο Baylor του Τέξας ανακάλυψαν έναν τρόπο να χρησιμοποιήσουν το σκληρό εξωτερικό περίβλημα της καρύδας για να φτιάξουν μια ανθεκτική επιφάνεια που θα μπορούσε να «ντύσει» το εσωτερικό ενός πορτπαγκάζ αυτοκινήτου. Η χημική σύνθεση των φλοιών καρύδας αποτελείται από κυτταρίνη, λιγνίνη, πυρογενές οξύ, αέριο, ξυλάνθρακα, πίσσα, ταννίνη και κάλιο. Η σκόνη καρύδας έχει υψηλή περιεκτικότητα σε λιγνίνη και κυτταρίνη. Τα στοιχεία που περιέχονται στο περίβλημα της σκόνης και των ινών καρύδας είναι ανθεκτικά στα βακτήρια και τους μύκητες. Το κέλυφος καρύδας έχει υψηλή θερμογόνο δύναμη 20,8MJ / kg και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ατμού και βιοκαυσίμων. Η κυρίαρχη χρήση των φλοιών κοκοφοίνικα στις μέρες μας είναι η άμεση καύση τους για την παραγωγή ξυλάνθρακα. Σαν υλικό θεωρείται φθηνό, ανθεκτικό, με μεγάλες απολυμαντικές ιδιότητες και είναι μη-τοξικό, γι αυτό το λόγο αν μελετηθεί θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως ο επόμενος «πολυεστέρας». Ενεργός άνθρακας από κέλυφος καρύδας Ο ενεργός άνθρακας από κέλυφος καρύδας έχει κυρίως πόρους σε κλίμακα μικροπόρων. Σχεδόν το 85-90% επιφάνειας του ενεργού άνθρακα κελύφους καρύδας αποτελείται από αυτούς τους μικροπόρους. Αυτοί οι μικροί πόροι ταιριάζουν με το μέγεθος των μολυσματικών μορίων στο πόσιμο νερό και επομένως είναι πολύ αποτελεσματικοί στην παγίδευση τους. Η υπεροχή των μικροπόρων στον άνθρακα από κέλυφος καρύδας του δίνει πυκνότερη και ανθεκτικότερη δομή που παρέχει καλή μηχανική αντοχή και σκληρότητα καθώς και μεγαλύτερη αντοχή στην φθορά λόγω τριβής. Ο ενεργός άνθρακας οφείλει τις ιδιότητές του στην απίστευτη απορροφητική του ικανότητα λόγω της εξαιρετικά πορώδους επιφάνειας (όπως ένα σφουγγάρι) σε μικροσκοπικό επίπεδο: ένα φυσικό φαινόμενο που τα αρνητικά ιόντα των μολυσματικών παραγόντων δεσμεύονται στην επιφάνεια του άνθρακα. Μερικά από τα άλλα χαρακτηριστικά που οι βιομηχανίες άνθρακα, βλέπουν ως ένα μεγάλο πλεονέκτημα υπέρ του άνθρακα καρύδας, είναι οι εξής: Η καρύδα είναι ανανεώσιμη πηγή άνθρακα. Οι καρύδες αναπτύσσονται καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους, με τη συγκομιδή να γίνεται γενικά 3-4 φορές σε ένα χρόνο Το δέντρο καρύδας μπορεί να διατηρηθεί για πολλά χρόνια Συνοπτικά, ο ενεργός άνθρακας από κέλυφος καρύδας διαδραματίζει πολύ σημαντικό ρόλο στον καθαρισμό του πόσιμου νερού, αφού: Προσροφά υποπροϊόντα απολύμανσης Προσροφά πτητικές οργανικές ενώσεις Προσροφά φυτοφάρμακα και ζιζανιοκτόνα Αφαιρεί τα αλογόνα από το νερό Βελτιώνει την εμφάνιση του πόσιμου νερού Βελτιώνει τη γεύση του νερού 33

34 Ίνες καρύδας Οι ίνες καρύδας έχουν χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή σχοινιών, στρωμάτων, βουρτσών και μικρών χαλιών. Χρησιμοποιείται επίσης ως θερμομονωτικό υλικό ή ως υλικό ακουστικής μόνωσης και μπορεί να αντισταθεί ικανοποιητικά στην υγρασία, στα βρύα και στα έντομα. Η συνηθέστερη χρήση τους είναι για την καλλιέργεια διάφορων φυτών, ως λίπασμα ή φυτόχωμα, εξαιτίας των ιδανικών ιδιοτήτων του για την απορρόφηση της υγρασίας και την προστασία από μύκητες. Τα τελευταία χρόνια έχουν σχεδιαστεί αρκετές συσκευασίες από ίνες καρύδας κυρίως για την αποθήκευση και την μεταφορά αυγών, φρούτων και λαχανικών. Η αποθήκευση φρούτων και λαχανικών σε ένα τέτοιο υλικό βοηθά στην καλύτερη συντήρηση του προϊόντος λόγω της θερμομονωτικής ιδιότητας και της απομάκρυνσης ζιζανίων. Ο σχεδιασμός μια τέτοιας συσκευασίας προέρχεται από την ανάμειξη ινών καρύδας με οργανική κόλλα και αλεύρι δημιουργώντας ένα συμπαγές μείγμα. Αυτό το μείγμα έχει την δυνατότητα να χυτευτεί και εν τέλει να παράξει μια πληθώρα σχημάτων, είτε πρόκειται για δίσκους είτε για κουτιά ή δοχεία. Φελλός Ο φελλός είναι ένα πορώδες υλικό που λαμβάνεται από το εξωτερικό τμήμα του φλοιού της Δρυός της φελλοφόρου, μιας αειθαλούς βελανιδιάς, μεσαίου μεγέθους. Το πάχος του φελλού στο συγκεκριμένο δέντρο μπορεί να φτάσει τα 70 εκατοστά και ευδοκιμεί σε ένα συγκεκριμένο κομμάτι της Νοτιοδυτικής Ευρώπης, κυρίως στην Πορτογαλία αλλά και Βορειοδυτική Αφρική. Στις χώρες παραγωγής, η φελλοφόρος βελανιδιά στην προστατεύεται από Εικόνα 3.8 Φελλός διαφόρους νόμους, οι οποίοι διασφαλίζουν τόσο την καλή κατάσταση των δασών όσο της και την παραγωγή. Οι πιο σημαντικοί νόμοι απαγορεύουν την αφαίρεση φελλού από τα νεαρά και γηραιά δέντρα, καθώς επίσης και από το ίδιο δέντρο σε διάστημα μικρότερο από 9 χρόνια. Η διαδικασία συλλογής φελλού είναι αρκετά απλή και τις περισσότερες φορές χρησιμοποιείται χωρίς καμία χημική επεξεργασία. Ο φελλός προέρχεται από την απογύμνωση του φλοιού από τον κορμό. Με ένα ειδικό εργαλείο, που μοιάζει με τσεκούρι, αφαιρείται ο φελλός από τον κορμό. Ο κορμός που παραμένει εκτεθειμένος διατηρεί την ικανότητα για την επαναδημιουργία ενός νέου στρώματος φελλού. Η πρώτη συγκομιδή του 34

35 φελλού, μπορεί να γίνει 25 χρόνια μετά την φύτευση του δένδρου και έπειτα συλλέγεται κάθε 9 χρόνια, στους καλοκαιρινούς μήνες. Ο συνδυασμός της μικρής πυκνότητας με τις ιδιότητες ενός πορώδες υλικού, κατατάσσει τον φελλό ως ένα φυσικό υλικό με σπουδαίες ιδιότητες. Αποτελεί υλικό με μεγάλα ηχομονωτικά και αντικραδασμικά χαρακτηριστικά και διαχωρίζεται σε ξανθό και μαύρο φελλό. Ο ξανθός χρησιμοποιείται κυρίως για ηχομόνωση και διακόσμηση και ο μαύρος για τις αντικραδασμικές του ιδιότητες. Τόσο ο ξανθός όσο και ο μαύρος φελλός παρέχουν και θερμομόνωση σε ένα βαθμό, με συντελεστή αγωγιμότητας με 0,04 W/mK. Η χρήση του φελλού στην εμφιάλωση είναι η πιο γνωστή, αλλά τα τελευταία χρόνια έχει κατακτήσει μια άξια θέση στον χώρο των θερμομονωτικών υλικών και στους ακουστικούς μονωτές σε οικοδομήματα. Ιδιότητες Ελαστικότητα Λόγω της ευκαμψίας των μεμβρανών τους, τα κελιά λειτουργούν ως μικροσκοπικά μαξιλάρια που επαναποκτούν το σχήμα τους μετά από συμπίεση δίνοντάς του την ικανότητα να απορροφα κραδασμους. Στεγανότητα Η στεγανότητα του υπάρχει, όχι μόνο λόγω της πίεσης των πόρων ασκούμενη από αέρα μέσα στα κύτταρα, αλλά κι εξαιτίας της παρουσίας στις μεμβράνες του φελλού μιας μεγάλης ποσότητας λιπαρών ουσιών (σουβερίνη, κερίνη, κτλ.) Μόνωση Η σουβερίνη, προσδίδει στο φελλό την ιδιότητα να είναι αδιάβροχος, γεγονός που επιτρέπει στα κύτταρα να γεμίσουν με αέρα και να αποκτήσουν μια δυνατή ικανότητα μόνωσης από υγρά και αέρια. Επίσης η συμπαγής δομή του τον καθιστά ένα εξαιρετικά ηχομονωτικό υλικό. Αδράνεια Καθώς είναι ένας νεκρός ιστός μπορεί να θεωρηθεί ως αδρανής ουσία, χωρίς οσμή ή γεύση. Επομένως, έχει υψηλή υγειονομική αξία, ένα χαρακτηριστικό το οποίο εκτιμάται πολύ από τη βιομηχανία πωμάτων για φιάλες. Αντοχή Ο φελλός είναι ένα πολύ ανθεκτικό υλικό μεγάλης αντοχής με μια αξιοσημείωτη ικανότητα να διατηρεί ή να εξασφαλίζει τις αρχικές του ιδιότητες αμετάβλητες. Αντέχει σε πολύ υψηλές και πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. 35

36 Aerogel Εικόνα 3.9 Aerogel Το aerogel κατασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1931 από τον Steven Kistler, έναν Αμερικάνο επιστήμονα. Έπειτα με την ανάπτυξη της διαστημικής επιστήμης και εφαρμογής εντάθηκε στη συστηματική έρευνα στο πεδίο των αεροπηκτωμάτων τόσο για χρήση μέσων αποθήκευσης καυσίμων όσο και για την χρήση από την NASA για τα διαστημικά λεωφορεία, σε σύστημα συλλογής διαστημικής σκόνης αλλά και ως θερμική μόνωση του εξωτερικού περιβλήματος των διαστημοπλοίων. (Sojourner Rover, 1997; Spirit and Opportunity, 2004) Η αερογέλη μπορεί να είναι παραπλανητική στην αρχή, καθώς είναι ένα ξηρό, άκαμπτο ή ελαστικά αφρώδες υλικό και αυτή την στιγμή είναι στο ελαφρύτερο υλικό στον πλανήτη. Το όνομα προκύπτει από το γεγονός ότι οι αερογέλες προέρχονται συνήθως από υγρές πηκτές, παρόμοιες με τις βρώσιμες ζελατινοποιήσεις, στις οποίες το υγρό συστατικό του, η γέλη, έχει αντικατασταθεί από αέριο ή κενό με τρόπο που να διατηρεί στερεή μορφή και πορώδη ιδιότητα. Τα aerogels είναι μια κατηγορία στερεών με ακρετά μικρή πυκνότητα που συνδυάζουν πολλαπλές ιδιότητες ανόμοιων υλικών σε ένα υλικό. Είναι αφρώδες, με εξαιρετική απόσβεση ενέργειας (θερμική, ακουστική και σύγκρουσης). Η παρασκευή του προέρχεται από την χημική αντίδραση υδρόλυση συμπύκνωση ενός αλκοξειδίου του πυριτίου και ο σχηματισμός έτσι ενός πηκτώματος, ενός ζελέ (gel) που αποτελείται από δίκτυο σωματιδίων οξειδίου του Si σε κάποιο οργανικό διαλύτη. Επειδή όμως ο διαλύτης αν απομακρυνθεί με συμβατικό τρόπο (π.χ. ξήρανση σε φούρνο), οι τριχοειδείς δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά την εξάτμιση του διαλύτη μπορεί να επιφέρουν τη κατάρρευση της δομής του υλικού. Αυτό αποφεύγεται με την μετάβαση του διαλύτη από υγρή σε αέρια κατάσταση με υπερκρίσιμη ξήρανση. Στην ουσία είναι ένας νανοπορώδης αφρός γυαλιού (SiO 2 ) με σύσταση ως και 99,7% αέρα και 0,03% πυρίτιο (γυαλί). Το αβαρές του, καθώς και οι εξαιρετικές του ιδιότητες σε θερμομόνωση, το καθιστούν πρωταγωνιστή, όχι μόνο στην τεχνολογία διαστημόπλοιων, αλλά και στην καθημερινότητα μας, καθώς αποτελεί το οικολογικό πλαστικό του 21ου αιώνα. ο Δρ. Ιωάννης Μιχαλούδης, είναι ο μοναδικός επιστήμονας παγκοσμίως που ασχολείται τα τελευταία χρόνια, σε συνεργασία με τη NASA και το ΜΙΤ, με τη μελέτη ενός προηγμένου «αιθέριου» υλικού νανοτεχνολογίας, για την κατασκευή γλυπτών. Ο ίδιος ονομάζει το aerogel ως "στερεό ουρανό" και 36

37 πιστεύει ότι είναι ένα υλικό που θα ενταχθεί στην καθημερινότητα των ανθρώπων αντικαθιστώντας το πλαστικό. Κατηγορίες AIRLOY Τα Airloys είναι πολύ μονωτικά υλικά και αντέχουν σε πραγματικές εφαρμογές. Πρόκειται για μια νέα κατηγορία προηγμένων τεχνικών υλικών που συνδυάζουν τη δύναμη των συμβατικών πλαστικών με τις ιδιότητες χαμηλής πυκνότητας και υψηλής μόνωσης των aerogels. Είναι ανθεκτικά, δύσκαμπτα και σκληρά και είναι από τους καλύτερους θερμικούς και ακουστικούς μονωτήρες στον κόσμο. Τα airloys είναι συνήθως τρεις έως δέκα φορές ελαφρύτερα από συμβατικά πλαστικά και κεραμικά και διατίθενται σε πυκνότητες που κυμαίνονται από 0,01 έως 0,9 g/cm 3. Δεν περιορίζονται στη σύνθεσή τους σε κάποια συγκεκριμένη ουσία και μπορούν να κατασκευαστούν από κεραμικά, πολυμερή, άνθρακα, μέταλλα και συνδυασμούς αυτών. Προσφέρουν πρωτοφανή απόδοση για ελαφρές κατασκευές. GLOBAL SILICA AEROGEL Τα silica aerogels είναι ένας κοινός τύπος aerogel που συνδυάζει πολύ χαμηλή θερμική υπεριώδη αγωγιμότητα (10 mw m-1 K-1), εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα (0,001 g/cm 3 ), υψηλή επιφάνεια σε αέρα ( m 2 /g), χαμηλή διηλεκτρική σταθερά (1,02) και καλή οπτική διαφάνεια (~ 91% ανά cm). Είναι τα μοναδικά υλικά με τόσο υψηλή απόδοση μόνωσης. Είναι αρκετά εύθραυστο λόγω του μεγάλου κενού μεταξύ των αλυσίδων, νανοσωματίδια 2-10 nm. X-AEROGEL Πρόκειται για ένα νέο ισχυρό και πολύ ελαφρύ, πoλυλειτουργικό υλικό που παράγεται από την αντίδραση των 3D δικτύων, ανόργανων νανοσωματιδίων με διασταύρωση πολυμερών. Το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό των X- Aerogels είναι ότι για μια ονομαστική τριπλάσια αύξηση της πυκνότητας (παραμένοντας εξαιρετικά ελαφρύ υλικό), η μηχανική αντοχή μπορεί να είναι έως και 300 φορές μεγαλύτερη από την αντοχή του υποκείμενου φυσικού aerogel. Το X- Aerogel συνδυάζει την ειδική αντοχή σε θλίψη του χάλυβα με τη με πολύ καλή θερμομόνωση. Τα X-Aerogels χρησιμοποιούνται στις κρυογενικές δεξαμενές αποθήκευσης καυσίμου των πυραύλων καυσίμου.παράλληλα, η χρήση των X-Aerogels αναμένεται να γίνει σε δομικά στοιχεία με θερμική προστασία για μικρούς δορυφόρους, διαστημόπλοια, πλανητικά οχήματα και ενδιαιτήματα. Εμφανίζουν σημαντική συρρίκνωση και ρωγμές κατά τη διάρκεια της ξήρανσης, ακόμη και κάτω από συνθήκες θερμοκρασίας δωματίου. Είναι σημαντικό το νερό να απομακρύνεται πριν από την ξήρανση. 37

38 Διαδικασία παραγωγής Παράγεται μέσω της διαδικασίας sol-gel. Υπό ατμοσφαιρική πίεση συρρικνώνεται σε ποσοστό 10-20% του αρχικού όγκου. Η συρρίκνωση γίνεται λόγω των δυνάμεων επιφανειακής τάσης που ασκούνται. ALKOGEL ΣΕ ΚΑΘΑΡΗ ΑΛΚΟΟΛΗ Ο χρόνος παραμονής εξαρτάται από την πάχος της γέλης. Οποιοδήποτε νερό που έχει απομείνει στο πήκτωμα δεν θα αφαιρεθεί από το υπερκρίσιμο ξηραντή, και θα οδηγήσει σε ένα πυκνό, αδιαφανές αεροτζέλ. Παρομοίως, το νερό δεν θα απομακρυνθεί τόσο εύκολα με απλή εξάτμιση όσο με την αλκοόλη. Ω εκ τούτου, γέλες που περιέχουν νερό θα οδηγήσουν σε πολύ ραγισμένες και ετερογενείς ξηροπηκτές. Συμπεράσματα Μέσα από την παραπάνω έρευνα, μελετηθήκαν ενδιαφέροντα υλικά - αφροί με θερμομονωτικές ιδιότητες. Μια ενδιαφέρουσα μελέτη αποτέλεσε η ανάλυση του Χ- Aerogel ή του Silica Aerogel -υλικά με την καλύτερη θερμομονωτική ιδιότητα στις μέρες μας - που μπορεί να αποτελέσει επιλογή υλικού για το υπό σχεδίαση σύστημα, σε συνδυασμό με κάποιο άλλο υλικό. Επιλογές μπορούν να αποτελέσουν επίσης το bamboo, ο φελλός και το κέλυφος καρύδας μετά από ειδική επεξεργασία προκειμένου να μπορούν να συσκευάσουν με ασφάλεια το νερό. 3.6 Αειφορία Στόχος Στα πλαίσια του μεγάλου περιβαλλοντικού προβλήματος που προκύπτει από την εκτεταμένη χρήση πλαστικών συσκευασιών μελετήθηκαν οι αρχές της αειφορίας με στόχο την ενδυνάμωση της περιβαλλοντικής συνείδησης και την ανάλυση νέων γραμμών παραγωγής με γνώμονα την ελαχιστοποίηση των ρύπων. Η συνεχής μεγέθυνση της ανθρώπινης δραστηριότητας διαμέσου της αλόγιστης χρήσης των φυσικών πόρων και της εκμετάλλευσης του φυσικού περιβάλλοντος είχαν σαν αποτέλεσμα τη βαθμιαία εμφάνιση σημαντικών περιβαλλοντικών προβλημάτων. Τα κυριότερα περιβαλλοντικά προβλήματα σχετίζονται με : Την υπερθέρμανση του πλανήτη λόγω των αερίων του θερμοκηπίου που οδήγησε στην κλιματική αλλαγή, Την καταστροφή του στρατοσφαιρικού όζοντος με συνέπεια την πρόκληση ζημιών σε ζωντανούς οργανισμούς, Την υποβάθμιση του εδάφους λόγω αποψίλωσης, 38

39 Την απώλεια της βιοποικιλότητας Την εκτεταμένη ρύπανση του αέρα, του νερού και του εδάφους Εικόνα 3.10 Οι κατηγορίες και το σύστημα μοντέλου του κύκλου της αειφορίας. Η έννοια της αειφορίας προέρχεται από τη δασολογική ορολογία και ορίζεται ως «η εσκεμμένη παραγωγή ενός αγαθού από ένα δάσος με τέτοιο τρόπο, ώστε να μην μειώνεται, αλλά να βελτιώνεται η παραγωγική ικανότητα του και να μην επηρεάζονται οι περιβαλλοντικές σχέσεις του». Κατ αντιστοιχία γνώμονας της αειφορίας είναι η μέγιστη δυνατή απολαβή αγαθών από το περιβάλλον, χωρίς όμως να διακόπτεται η φυσική παραγωγή αυτών των προϊόντων σε ικανοποιητική ποσότητα και στο μέλλον. Μέχρι σήμερα έχουν διατυπωθεί πάνω από εκατό ορισμοί από θεσμικά όργανα, ιδεολογικά και ακαδημαϊκά φόρουμ προσπαθώντας να ερμηνεύσουν την αειφόρο ανάπτυξη και να εντοπίσουν τον αρμόδιο φορέα ενσωμάτωσής της στην κοινωνία (Mebratu, 1998). Κοινό σημείο των παραπάνω προσπαθειών αποτελεί η παραδοχή της αλληλεπίδρασης της οικονομικής ανάπτυξης, της κοινωνικής συνοχής και της προστασίας του περιβάλλοντος. Η αλληλεπίδραση αυτή ορίστηκε από τον Elkington ως το τρίπτυχο της αειφορίας (Triple-P: People, Planet, Profit ή Triple Bottom Line) στο βιβλίο του «Cannibals with forks The triple bottom line of 21st century business» (Elkington, 1997). Το τρίπτυχο αυτό ενσωματώνει την έννοια της αειφορίας στις δραστηριότητες μιας επιχείρησης στηριζόμενο στους πυλώνες της κοινωνίας, της οικονομίας και του περιβάλλοντος ως εξής: 1. Άνθρωπος Ο πυλώνας άνθρωπος, αναφέρεται στις δίκαιες και επωφελείς επιχειρηματικές πρακτικές που αφορούν την εργασία και την τοπική κοινότητα στην οποία η επιχείρηση διεξάγει τις δραστηριότητες της. Πρόκειται για μια αμοιβαία κοινωνική δομή στην οποία η ευημερία της εταιρίας και των ενδιαφερομένων μερών συμπεριλαμβανομένων των εργαζομένων είναι 39

40 αλληλοεξαρτώμενες, προωθώντας τα ανθρώπινα και εργασιακά δικαιώματα, την υγιεινή, την ασφάλεια και τη δίκαιη αντιμετώπιση. 2. Πλανήτης Ο πυλώνας πλανήτης, αναφέρεται στο φυσικό κεφάλαιο, δηλαδή, περιλαμβάνει την επίτευξη ισορροπίας μεταξύ της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης και της ικανότητας της γης να μεταφέρει περιβαλλοντικές επιβαρύνσεις. Πρακτικά αναφέρεται σε βιώσιμες περιβαλλοντικές πρακτικές με στόχο τη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος. 3. Κέρδος Ο πυλώνας κέρδος, αναφέρεται στις οικονομικές δραστηριότητες μιας επιχείρησης οι οποίες πρέπει να στοχεύουν στη δημιουργία ευημερίας στους εργαζόμενους, στην τοπική κοινωνία αλλά και στην επιχείρηση μέσω του λογιστικού κέρδους. Cradle to Cradle (C2C) To μοντέλο Cradle to Cradle είναι μια σχεδιαστική φιλοσοφία που αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1990 από τους καθηγητές Dr. Michael Braungart και William McDonough, καθώς και από τους επιστήμονες της EPEA Internationale Umweltforschung στο Αμβούργο. Πρόκειται για καινοτομία, βασισμένη στην ποιότητα και καλό σχεδιασμό που περιγράφει την ασφαλή και δυνητικά άπειρη χρήση των υλικών σε κύκλους. Είναι εμπνευσμένη από τη φύση υποστηρίζει ότι τα προϊόντα πρέπει να σχεδιάζονται σύμφωνα με τις αρχές ενός μοντέλου κυκλικής οικονομίας. Ο όρος λίκνο σε λίκνο επινοήθηκε από τον Walter Stahel το 1982 βιβλίο με τίτλο "Jobs for tomorrow, the Potential for Substituting Manpower for Energy στo οποία πρότεινε την ιδέα μιας «οικονομίας βρόγχων» (loop economy) που θα επιτρέψει την επέκταση του κύκλου ζωής των προϊόντων. Σύμφωνα με τον Stahel αυτή η οικονομία σπειροειδούς βρόχου θα ελαχιστοποιήσει την ενεργειακή ροή, την περιβαλλοντική υποβάθμιση και η ροή της ύλης, χωρίς περιορισμό στην κοινωνική και τεχνολογική ανάπτυξη. Ο ίδιος κατηγοριοποίησε την διαδικασία αυτή σε τέσσερις διαδοχικούς βρόγχους. 1. Επαναχρησιμοποίηση 2. Επισκευή 3. Επιδιόρθωση 4. Χρήση χρησιμοποιημένων προϊόντων ως συστατικά για νέα προϊόντα και ανακύκλωση Το μοντέλο C2C, στην ουσία υποστηρίζει ότι η βιομηχανία πρέπει να προστατεύει και να εμπλουτίζει το οικοσύστημα και τον βιολογικό μεταβολισμό της φύσης, διατηρώντας ταυτόχρονα την ασφάλεια στο παραγωγικό κομμάτι της βιομηχανίας. Πρόκειται για ένα ολιστικό οικονομικό, βιομηχανικό και κοινωνικό πλαίσιο που επιδιώκει τη δημιουργία συστημάτων που δεν θα δημιουργούν απόβλητα. Η διαφορά του με την φιλοσοφία της ανακύκλωσης είναι ότι το C2C μετά τη ολοκλήρωση του κύκλου ζωής ενός προϊόντος, τα απόβλητα του παλιού προϊόντος γίνονται το "τρόφιμο" για ένα 40

41 νέο προϊόν ή για έναν οργανισμό του οικοσυστήματος. Έτσι τα βιοδιασπώμενα προϊόντα μπορούν να βοηθήσουν στην ανάπτυξη και στη καθιέρωση ενός τέτοιου μοντέλου στις βιομηχανίες. Το μοντέλο C2C διακρίνει δύο κατηγορίες κύκλων σε σχέση με τα υλικά: 1.Βιολογικός κύκλος Στον βιολογικό κύκλο, τα υλικά επιστρέφονται στη βιόσφαιρα με τη μορφή λιπάσματος ή άλλων θρεπτικών συστατικών, από τα οποία μπορούν να δημιουργηθούν νέα υλικά. 2.Τεχνολογικός κύκλος Στον τεχνικό κύκλο, τα υλικά που δεν καταναλώνονται κατά τη χρήση στο προϊόν μπορούν να επανεπεξεργαστούν ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα νέο προϊόν. Το μοντέλο υπό την ευρύτερη έννοιά του δεν περιορίζεται μόνο στον βιομηχανικό σχεδιασμό μπορεί να εφαρμοστεί σε πολλές πτυχές του ανθρώπινου πολιτισμού όπως το αστικό περιβάλλον, τα κτίρια, τα οικονομικά και κοινωνικά συστήματα. Κυκλική οικονομία Αν οι άνθρωποι λειτουργούσαν συνολικά με ανακυκλώσιμη συνείδηση μετά το τέλος ζωής του κάθε προϊόντος, θα υπήρχαν οι υποδομές για την δημιουργία μιας κυκλικής οικονομίας, η οποία βρίσκεται πιο κοντά στο περιβάλλον από την σημερινή γραμμική οικονομία. Η κυκλική οικονομία στηρίζεται στην αύξηση του χρόνου ζωής κάθε προϊόντος με την επαναχρησιμοποίησή του. Μέσω της ελαχιστοποίησης της δημιουργίας νέων υλικών, ελαχιστοποιείται παράλληλα η ενέργεια που δαπανάται και η παραγωγή αποβλήτων. Μια τέτοια μείωση θα μπορούσε να συμβάλει και στην ελαχιστοποίηση των εκπομπών αερίων, που δημιουργούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Με την καύση των απορριμμάτων εξωτερικεύονται πολλά αέρια διοξειδίου του άνθρακα, με αποτέλεσμα η ρύπανση να είναι τεράστια και το φαινόμενο του θερμοκηπίου ένα γίνεται ολοένα και πιο αντιληπτό. Υπολογίζεται ότι το 55-65% των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου προέρχεται από την κακή διαχείριση υλικών κατά την παραγωγή, την μεταφορά και τη διάθεση. Μια κυκλική οικονομία μπορεί να βασίζεται στη δημιουργία προϊόντων από τα απορρίμματα κάποιας βιομηχανίας. Για παράδειγμα, πολλές εταιρίες καλλυντικών χρησιμοποιούν επιλεκτικά φυσικούς πόρους. Για μια κρέμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί το βρώσιμο κομμάτι του καρυδιού και το κέλυφος να πεταχτεί. Για κάποια άλλη εταιρία όμως αυτό το κέλυφος μπορεί να είναι απαραίτητο. Επίσης μια κυκλική οικονομία, μπορεί να βασίζεται στην αναθεώρηση χρήσης των υλικών. Γίνεται κατανοητό ότι η στροφή στην μελέτη φυσικών υλικών σε συνδυασμό με την μείωση των απορρήτων, μπορεί να βοηθήσει σημαντικά τον πλανήτη και την ποιότητα ζωής των ανθρώπων. Με αλλαγή από γραμμική σε κυκλική η 41

42 οικονομία μπορεί να συνεισφέρει στην μείωση των εκπομπών έως και 85-90%. Ένα ακόμη πρόβλημα που πρέπει να μελετηθεί σε μια κυκλική οικονομία, είναι η διαδικασία επεξεργασίας του ανακυκλώσιμου προϊόντος, προκειμένου να ξεκινήσει ένας νέος κύκλος ζωής. Παρατηρείται ότι οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για να καθαρίσουν τα ανακυκλώσιμα προϊόντα έχουν αντοχή μέχρι και 30 χρόνια, με αποτέλεσμα να περνούν δεκαετίες μέχρι να εξαλειφθούν οι παλαιοί ρύποι. Μια λύση στο πρόβλημα είναι η ομαδοποίηση χημικών ουσιών με παρόμοιες ιδιότητες (όσον αφορά την τοξικότητα, τις φυσικές ή χημικές ομοιότητες ή την τεχνική χρήση). Μια άλλη προσέγγιση βασίζεται στον "καλό σχεδιασμό" των προϊόντων ώστε να ελαχιστοποιηθεί η χρήση χημικών ουσιών ή ακόμα η χρήση των υλικών να είναι τέτοια που να επιτρέπεται η αποικοδόμηση με φυσικές, μη τοξικές ουσίες. Μέσα απ αυτή την προσέγγιση μπορούν να αναπτυχθούν και να χρησιμοποιηθούν βιολογικά βιοδιασπώμενα υλικά, που διευκολύνουν την ανακύκλωση και μειώνουν σημαντικά τους ρύπους. Κυκλικότητα προϊόντων Έχουν αναπτυχθεί δύο γενικές πτυχές σχετικά με την κυκλικότητα των προϊόντων και έχουν κοινωνικο-τεχνική βάση. Οι βασικοί μηχανισμοί πίσω από οποιοδήποτε σύστημα είναι το αποτέλεσμα ενός σύνθετου συνόλου σχέσεων, μεταξύ των παραγωγών, των καταναλωτών και των υπευθύνων πολιτικής. Η ισορροπία ενός συστήματος είναι δυναμική, υπονοώντας ότι ένα σύστημα υπόκειται συνεχώς σε εσωτερικές και εξωτερικές αλλαγές που θα μπορούσαν να επηρεάσουν αρνητικά την κυκλικότητα προϊόντος. Τα κοινωνικο-τεχνικά συστήματα διαμορφώνονται από μια σειρά από αλληλεξαρτώμενους παράγοντες, μεταξύ των οποίων (ΕΟΧ, 2014): Οικονομικοί παράγοντες Δημογραφικοί παράγοντες Τεχνολογία και καινοτομία Αστικοποίηση και υποδομή Κοινωνικοί και πολιτιστικοί παράγοντες Επιχειρηματικά μοντέλα και μάρκετινγκ Το υπάρχον γραμμικό μοντέλο οικονομίας που ακολουθείται βασίζεται στην αποδοτική παραγωγή των προϊόντων για την κάλυψη των καταναλωτικών αναγκών. Υπάρχει επομένως μια διαρκή παραγωγή υλικών χωρίς την πρόληψη της ανακύκλωσης αλλά με στόχο μόνο την ικανοποίηση των αναγκών και την αύξηση κέρδους. Η κυκλική οικονομία έχει τους ίδιους στόχους με την γραμμική αλλά η κατεύθυνσή της είναι οικολογικού χαρακτήρα. Αυτό σημαίνει ότι δεν στοχεύει στην διαρκή παραγωγή νέων προϊόντων για την επίτευξη των στόχων, αλλά στην επαναχρησιμοποίηση των ήδη παραχθέντων για την ίδια ή διαφορετική χρήση. 42

43 Σχεδιασμός για αειφορία Στις μέρες μας λόγω της σημαντικής μείωσης πόρων και των προβλημάτων υγείας που έχουν δημιουργηθεί από την κακή χρήση υλικών και τον κακό σχεδιασμό προϊόντων, οι ερευνητές και οι σχεδιαστές μελετούν τις δυνατότητες καινοτομίας για την επίλυση των προβλημάτων. Έτσι η αειφορική συνείδηση έρχεται να ενώσει τις δύο αυτές επιστήμες και τείνει να καθιερωθεί στις προδιαγραφές των σχεδιαστών. Πλέον πολλοί σχεδιαστές επιλέγουν βρώσιμα βιοδιασπώμενα υλικά για να καλύψουν τις ανάγκες των καταναλωτών. Εκτός όμως από την επιλογή του υλικού, μια άλλη βασική προδιαγραφή για την συντέλεση στην ανακύκλωση είναι ο "καλός" σχεδιασμός. Τα τελευταία χρόνια, σχεδιάζονται προϊόντα που δύσκολα μπορούν να αποσυναρμολογηθούν. Αυτό συμβαίνει για την καλύτερη ασφάλεια αφενός του καταναλωτή και αφερέτου των ευαίσθητων συστημάτων που μπορεί να περιέχονται σε ένα προϊόν όπως για παράδειγμα μια μπαταρία. Πολλά αντικείμενα πλέον σχεδιάζονται με ενσωματωμένα κουμπιά, καθιστώντας την αποσυναρμολόγηση αρκετά δύσκολη. Η αύξηση της πολυπλοκότητα των προϊόντων πολλές φορές δυσκολεύει το έργο της κυκλικής οικονομίας αφού κάποια είναι ασύμβατα με υπάρχοντα συστήματα ανακύκλωσης. Για παράδειγμα, σε μια μελέτη που αφορά την ανακύκλωση χρυσού από κινητά τηλέφωνα στη Γερμανία και στις Ηνωμένες Πολιτείες αναφέρεται ότι μόνο το 10% του χρυσού ανακτάται κατά την ανακύκλωση, ενώ το 90% χάνεται μέσω της ανεξέλεγκτης διασποράς κατά τη διάρκεια της προεπεξεργασίας (Elo και Sundin, 2010, Lee et al., 2012). Είναι σημαντικό λοιπόν οι σχεδιαστές εκτός από την σωστή επιλογή των υλικών να προβούν και στην σχεδίαση με γνώμονα την διευκόλυνση της ανακύκλωσης, με ό,τι αυτό συνεπάγεται. Κύκλος ζωής προϊόντος "Η διάρκεια ζωής ενός προϊόντος ορίζεται συνήθως ως η περίοδος από την απόκτηση του προϊόντος μέχρι τη διάθεσή του από τον τελικό ιδιοκτήτη." (Murakami et al., 2010) Από τα τέλη της δεκαετίας του 1980, η διάρκεια ζωής των προϊόντων μειώθηκε και υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που μπορεί να συνέβαλαν σε αυτό. Αρχικά κάποιο προϊόν μπορεί να αντικατασταθεί για τεχνολογικούς λόγους, από ένα προϊόν καλύτερης ποιότητας ή λειτουργικότητας που είναι διαθέσιμο. Άλλοι παράγοντες που συμβάλουν είναι οικονομικοί, όπου το κόστος επισκευής ή η αναβάθμιση είναι μεγάλο σε σύγκριση με την αντικατάσταση του ή και ψυχολογικοί. Επίσης οι κατασκευαστές επικεντρώνονται στην μαζική παραγωγή μεγάλων όγκων και όχι στην κατασκευή προϊόντων μεγάλης διάρκειας, γεγονός που ενισχύει την μείωση διάρκειας ζωής των προϊόντων. Όλοι αυτοί οι παράγοντες αποτελούν μειονεκτήματα στην αειφορία, αφού καταλήγουμε στην συνεχή παραγωγή νέων υλικών και άρα στην δημιουργία περισσότερων απορριμμάτων. Είναι σημαντικό λοιπόν να μελετηθούν αυτοί οι παράγοντες από του σχεδιαστές, ώστε, είτε να επιλέγουν βιολογικά βιοδιασπώμενα υλικά με μικρή διάρκεια ζωής, είτε όταν σχεδιάζουν με υλικά που αντέχουν αρκετά στον χρόνο και 43

44 σπαταλούν μεγάλη ποσότητα ενεργείας, να μεριμνούν για την μεγάλη διάρκεια ζωής του προϊόντος και για την εύκολη εκκίνηση ενός νέου κύκλου ζωής. Συμπεράσματα Με την παραπάνω ανάλυση κατανοήθηκαν κάποιες αρχές της αειφορίας που θα μπορούσαν να τροποποιηθούν σε προδιαγραφές για την σχεδίαση ενός συστήματος φιλικού προς το περιβάλλον, μειώνοντας τα απόβλητα. 3.7 Συσκευασία Στόχος Ποιες οι αρχές της συσκευασίας και ποια η σημασία της; Προκειμένου να κατανοηθεί πλήρως η αξία της συσκευασίας που αποτελεί κύρια ανάγκη της εργασίας μελετήθηκε ο σκοπός, οι αξίες της καθώς και τα χαρακτηριστικά της. Η μελέτη στοχεύει στην κατανόηση των αρχών που υποχρεούται να ικανοποιεί το υπό σχεδίαση προϊόν. Η βασική ανάγκη του ανθρώπου για νερό, τον οδήγησε στην δημιουργία συστημάτων αποθήκευσής του. Πολλά χρόνια πριν είχε δημιουργηθεί η ανάγκη αποθήκευσης νερού, αφού πρόκειται για ένα αγαθό που υπάρχει σε συγκεκριμένες συνθήκες και γεωγραφικές περιοχές. Αργότερα με την σημαντική αύξηση πληθυσμού και αυτόματα με την μεγαλύτερη ζήτηση πόσιμου νερού δημιουργήθηκαν υδραυλικά συστήματα. Σήμερα με την έλλειψη πόσιμου νερού, πολλές φυσικές πηγές δεν γονιμοποιούν πλέον, η αποθήκευση και η διανομή νερού είναι απαραίτητη και συσκευασίες νερού χρησιμοποιούνται καθημερινά σε όλο τον πλανήτη. Η συσκευασία έχει προστατευτικό αλλά και αισθητικό ρόλο τις μέρες μας. Προστατεύει το προϊόν από πολλούς εξωτερικούς παράγοντες και καθιστά εύκολη τη μεταφορά και στη συνέχεια τη χρήση του. Επίσης, δίνει σχήμα σε άμορφα προϊόντα, όπως το νερό, και επιβραδύνει την αλλοίωσή τους (από μικροβιακή ανάπτυξη). Από την πλευρά των πωλήσεων και του μάρκετινγκ, η συσκευασία καθιστά ευδιάκριτο το προϊόν στο ράφι, παρέχει πληροφορίες, και δημιουργεί την επιθυμία στον καταναλωτή για την αγορά του. Ωστόσο, αυτοί οι ρόλοι λειτουργούν με διαφορετική βαρύτητα σε κάθε είδος προϊόντος. Σημαντική είναι η επιλογή του σωστού υλικού που να συνδυάζει ταυτόχρονα πολλά από τα προαναφερθέντα πλεονεκτήματα 44

45 Σκοπός συσκευασίας Ο ρόλος της συσκευασίας είναι πολλαπλός. Στην συγκεκριμένη έρευνα θα μελετηθούν οι συσκευασίες που αφορούν τα τρόφιμα και τα υγρά. Αρχικά μια συσκευασία επιμερίζει το προϊόν σε εμπορεύσιμες ποσότητες. Έπειτα προστατεύει το προϊόν από τη μόλυνση, από περιβαλλοντική επίδραση και κλοπή. Οι κίνδυνοι τους οποίους έχει να αντιμετωπίσει η συσκευασία είναι η διαρροή, η επιμόλυνση, η αφυδάτωση και η επαφή με ξένες ύλες. Στους φυσικούς κινδύνους συγκαταλέγονται το μηχανικό σοκ, η δόνηση, η ηλεκτροστατική αποφόρτιση, η συμπίεση, η θερμοκρασία κλπ. Στην προστασία του τροφίμου από το οξυγόνο, τους υδρατμούς, και τη σκόνη βοηθούν οι συσκευασίες φράγματος, οι οποίες δεν έχουν διαπερατότητα και μέσα στις οποίες μπορούν να τοποθετηθούν ξηραντικά ή απορροφητικά μέσα. Επίσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί τροποποιημένη ή ελεγχόμενη ατμόσφαιρα στο εσωτερικό της συσκευασίας. Τα υλικά συσκευασίας πρέπει να επιλεγούν έτσι ώστε να μην επηρεάζουν το εκάστον υγρό,μεταβάλλοντας την οσμή, τη γεύση, την εμφάνισή του ή συνδυασμό αυτών. Τέλος, πρωταρχικής σημασίας είναι η διατήρηση του περιεχομένου τροφίμου καθαρού, φρέσκου, αποστειρωμένου και ασφαλούς για τη χρονική περίοδο που θα είναι στο ράφι. Επίσης ο ρόλος της συσκευασίας είναι η ευκολία στη διανομή, στο χειρισμό, στο στοίβαγμα, στην πώληση, στο άνοιγα, στο κλείσιμο, στην επαναχρησιμοποίησή του, στην ανακύκλωση, και στην ευκολία στη διάθεση. Όλα τα παραπάνω αποτελούν κυρίως ανάγκες του καταναλωτή, άρα πέρα από το πρακτικό κομμάτι μια συσκευασία θα πρέπει να εμπνέει ασφάλεια και εμπιστοσύνη. Τέλος μια συσκευασία υποχρεούται να αναγράφει πληροφορίες σχετικά με τη χρήση, τη μεταφορά, την ανακύκλωση, ή τη διάθεση του πακέτου ή προϊόντος, την ποσότητα, την ποιότητα, οδηγίες χρήσης, θρεπτική αξία κλπ. Συγκεκριμένα οι κυβερνήσεις θέτουν απαραίτητη την αναγραφή συγκεκριμένων πληροφοριών όταν πρόκειται να μεταφερθεί τρόφιμο. Χαρακτηριστικά συσκευασίας Ασφάλεια Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της συσκευασία είναι να είναι ικανή να μεταφέρει με ασφάλεια το εσωτερικό, καθώς η συσκευασία μπορεί να μειώσει κατά πολύ τον κίνδυνο απωλειών κατά την αποστολή. Η συσκευασία μπορεί να προστατεύσει και πολλές φορές να καταδείξει πιθανές αλλοιώσεις. Επίσης, μπορεί να περιλαμβάνει σφραγίδα αυθεντικότητας, αντικλεπτικό μηχανισμό για αποφυγή εξαπάτησης και κλοπής αντίστοιχα. Ικανοποίηση νόμων του μάρκετινγκ 45

46 Κάθε συσκευασία θα πρέπει να διευκολύνει την εικόνα της μάρκας, τα χρωματιστά σχέδια που την καθιστούν ελκυστική, την ελαστικότητα για να αλλάζει το μέγεθος, τον σχεδιασμό των περιεκτών, τη συμβατότητα με τις μεθόδους διάθεσης και διανομής και με τις απαιτήσεις της λιανικής πώλησης. Ο σχεδιασμός εξελίσσεται πολύ τις τελευταίες δεκαετίες στοχεύοντας να επιδράσει στην ψυχολογία του καταναλωτή καταλυτικά, ενθαρρύνοντας τον να αγοράσει το τρόφιμο. Μαζική μεταφορά ατομικής συσκευασίας Τα μικρά προϊόντα συσκευάζονται μαζικά σε μία συσκευασία για ευκολία στη μεταφορά. Τα υγρά, οι σκόνες και τα κοκκώδη υλικά πρέπει να συσκευάζονται μόνα τους. Αρκετές φορές ο καταναλωτής, ιδίως στα προϊόντα καθημερινής χρήσης όπως το νερό, χρειάζεται να αγοράζει αρκετές μεμονωμένες συσκευασίας λόγω της γρήγορης κατανάλωσης. Μείωση κόστους Κάποιες συσκευασίες προβλέπουν να μην χυθεί το προϊόν, να μην αλλοιωθεί, να μην ρυπάνει, ευκολία στη μεταφορά, μείωση του εργατικού δυναμικού. Τα υλικά θα πρέπει να είναι οικονομικά, και να πραγματοποιείται ανακύκλωση της συσκευασίας. Η τιμή της εξαρτάται από την τιμή του περιεχομένου τροφίμου. Φυσικοχημικές ιδιότητες συσκευασίας Οι βασικοί παράγοντες στους οποίους οφείλεται η υποβάθμιση της ποιότητας του τροφίμου είναι οι εξής: 1. Κλιματικές επιδράσεις που προκαλούν φυσικές και χημικές αλλαγές. 2. Επιμόλυνση από έντομα, μικροοργανισμούς ή ξένα σώματα (χώματα). 3. Μηχανικές επιδράσεις (π.χ. δόνηση, χτύπημα, συμπίεση) 4. Νοθεία Κλιματικές επιδράσεις Στις κλιματικές επιδράσεις ανήκουν το φως, το οξυγόνο, η θερμότητα, η υγρασία και τα αέρια. Το φως μπορεί να επηρεάσει δυσμενώς το τρόφιμο αν εκτεθεί παρατεταμένα σε αυτό. Γενικά, όσο μικρότερο το μήκος κύματος της ακτινοβολίας (λ), μεγαλύτερη η ένταση της ακτινοβολίας (I) και ο χρόνος έκθεσης στο φως (t), τόσο εντονότερη είναι η επίδραση του φωτός στο εσωτερικό. Για το σκοπό αυτό, προτιμούνται συχνά συσκευασίες με χρώμα (μπουκάλια μπίρας). Μερικές φορές η θερμοκρασία του εσωτερικού πρέπει να διατηρείται σταθερή κατά την διανομή και αποθήκευση. Για το σκοπό αυτό παρασκευάζονται συσκευασίες με μονωτικές ιδιότητες, κατάλληλη ρύθμιση του πάχους, και της αντανακλαστικότητάς τους. Ωστόσο, πρέπει να γίνεται συνεχής έλεγχος της θερμότητας που έχει ο χώρος αποθήκευσης. Στη συνέχεια κατά τη χρήση θα πρέπει να αντέχει σε μεταβολές θερμοκρασίας 46

47 που μπορεί να γίνουν κατά τη χρήση του. Στην περίπτωση του πλαστικού μπουκαλιού εξαιτίας τις χαμηλής αντοχής στην υπεριώδη ακτινοβολία, μετά από πολύωρη έκθεση στον ήλιο, το αποτέλεσμα είναι η αλλοίωση του νερού. Επομένως αν θέλουμε να προφυλάξουμε το εσωτερικό είναι αναγκαία η αποθήκευση του μπουκαλιού σε σκιερό μέρος, σε θερμοκρασίες δωματίου. Βασικές αιτίες επιμόλυνσης εσωτερικού Εισχώρηση μολυσμένου αέρα ή νερού Ανεπαρκής θερμοκόλληση σε πολυμερή φιλμ Πώματα χαμηλής ποιότητας Μηχανική βλάβη στο υλικό συσκευασίας Ανεπαρκής αποστείρωση Μηχανική αντοχή Όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται στη συσκευασία τροφίμων ή υγρών πρέπει να έχουν αντοχή στο κόψιμο, τις δονήσεις, τις διατμήσεις, το τρύπημα, ή κάποια άλλη μηχανική επίδραση. Νοθεία Πολύ συχνά, παρατηρείται νοθεία σε ένα τρόφιμο ή υγρό. Αυτό συμβαίνει για να την εξασφάλιση μεγαλύτερου κέρδους αφού τα υποκατάστατα συστατικά που επιλέγονται είναι οικονομικά. Συμπεράσματα Μέσα από την μελέτη αναδείχθηκε η σημαντικότητα της συσκευασίας και κατανοήθηκε η συσχέτισή της με την ασφάλεια του προϊόντος. Οι αρχές που μελετηθήκαν θα πρέπει να μεταφραστούν σε σχεδιαστικές προδιαγραφές και να ακολουθηθούν κατά την σχεδίαση του συστήματος της εν λόγω εργασίας. 3.8 Καινοτόμες εφαρμογές Στόχος Ποιες εφευρέσεις έχουν υπάρξει που θα μπορούσαν να αποτελούν λύση στο πρόβλημα; Προκειμένου να βρεθεί λύση στο βασικό πρόβλημα της εργασίας που αφορά την αλλοίωση του νερού κατά την αποθήκευση και την διανομή μελετήθηκαν καινοτόμες εφαρμογές στην επιλογή υλικών, στην εκτύπωση σε συσκευασία καθώς και στην διατήρηση της ακεραιότητας του προϊόντος. 47

48 Οoho Η ooho είναι μια βρώσιμη αρκετά νέα συσκευασία νερού, με υφή παρόμοια με αυτή του ζελέ. Πρόκειται στην ουσία για μία σφαίρα που μοιάζει με φυσαλίδα και δημιουργήθηκε από τρεις μηχανικούς το Η σύστασή της περιέχει χλώριο, ασβέστιο και φύκια. Θεωρείται μια πλήρως ακίνδυνη και βρώσιμη συσκευασία, παρόλα αυτά αποτελεί μια χρονικά νέα προσέγγιση με άγνωστες επιπτώσεις. Κάθε σφαιρίδιο περιέχει 250 ml νερού και η τιμή τους είναι αρκετά χαμηλή (περίπου 5 λεπτά). Εικόνα 3.11 Ohoo νερό Paper Water Bottle Εικόνα 3.12 Χάρτινο μπουκάλι νερού, οικολογικό. Το χάρτινο μπουκάλι της Paper Water Bottle είναι κατασκευασμένο από ανανεώσιμους πόρους (φύλλα μπαμπού ή φοίνικα) και είναι πλήρως ανακυκλώσιμο. Το εσωτερικό του μπουκαλιού είναι επενδυμένο με βιοδιασπώμενο πλαστικό PLA, ώστε να καλύπτει την υδροφοβική ιδιότητα που θα πρέπει να έχει ένα μπουκάλι νερού. Διαθέτει ένα καπάκι που ανοίγει σε δύο τμήματα, το ένα τμήμα υπάρχει για να κρατά το στόμιο ασφαλές από εξωτερικά μικρόβια και το άλλο τμήμα σφραγίζει το μπουκάλι. Πρόκειται για ένα εξίσου νέο, καινοτόμο προϊόν που σχεδιάστηκε σε μια προσπάθεια μείωσης των αποβλήτων που δημιουργούν οι πλαστικές φιάλες. 48

49 Ενεργές και Έξυπνες Συσκευασίες Ενεργές συσκευασίες Οι ενεργές συσκευασίες επιτρέπουν στην συσκευασία να αλληλεπιδρά με το συσκευασμένο προϊόν αλλά και με το περιβάλλον. Ανάλογα με το περιεχόμενό τους, μπορεί να λειτουργούν με τον κατάλληλο τρόπο ώστε να επιτύχουν το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα, όπως καθυστέρηση οξείδωσης, αποτροπή ανάπτυξης μικροβίων, αποτροπή μετανάστευσης υγρασίας. Για να το πετύχουν περιέχουν απορροφητές ή πομπούς διοξειδίου του άνθρακα, εκκαθαριστές οξυγόνου, πομπούς αρώματος, διαχειριστές καθαριότητας, απομακρυντές αιθυλενίου κ.ά. Επιπλέον, μέσω επικαλύψεων, λαμιναρίσματος ή άλλων διαδικασιών μπορούν να διαχειριστούν επιλεκτικά τη διαπερατότητα, ώστε να αλλάζουν τη σύσταση του αέρα εσωτερικά στη συσκευασία ρυθμίζοντας την οξείδωση και την αναπνοή των τροφίμων. Ακόμη, μπορούν να αποτελούνται από νανοσύνθετα υλικά (γίνεται δηλαδή χρήση της νανοτεχνολογίας) για την προστασία των τροφίμων από οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα κ.ά. Έξυπνες συσκευασίες Οι έξυπνες συσκευασίες έχουν βασικό σκοπό να ενημερώσουν τον καταναλωτή για την ποιότητα των συσκευασμένων αγαθών. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούν δείκτες χρόνου και θερμοκρασίας, βιοαισθητήρες, δείκτες ωρίμανσης, καθώς και ετικέτες ραδιοσυχνικής αναγνώρισης (Radio Frequency Identification, RFID), τα οποία βρίσκονται τοποθετημένα σε διάφορα σημεία τους ανάλογα με τη χρήση τους (Brody, Bugusu, Han, Sand & McHugh, 2008). Πλέον υπάρχουν ετικέτες οι οποίες ενεργοποιούνται με το άνοιγμα της συσκευασίας τροφίμων ενημερώνοντας τον καταναλωτή για την κατάσταση του τροφίμου.έτσι ο καταναλωτής μπορεί να ξέρει εάν το προϊόν στο ψυγείο του δεν είναι πλέον κατάλληλο για βρώση. Η ετικέτα μετρά το επίπεδο του διοξειδίου του άνθρακα μέσα στη συσκευασία και εμφανίζει τις επιδράσεις αυτού με διαφορετικά χρώματα (Insignia, n.d.). Εταιρίες που δραστηριοποιούνται στην τεχνολογία των χρωμάτων ανέπτυξαν ειδικές μελάνες οι οποίες κάτω από ειδικές συνθήκες εξαφανίζονται αποκαλύπτοντας κάποια προειδοποιητικά μηνύματα. Έτσι συσκευασίες που περιέχουν ευπαθή προϊόντα, όπως είναι τα γαλακτοκομικά, μπορούν να ενημερώνουν τον χρήστη ότι το προϊόν είναι αρκετή ώρα εκτός ψυγείου και ότι θα πρέπει να επιστρέψει στο ψυγείο για να μην αλλοιωθεί. Οι μελάνες αυτές αποτελούνται από συνδυασμούς θερμοχρωματικών μελανών και μπορούν να εκτυπωθούν σε μεταλλικά κουτιά, σε χάρτινες ετικέτες αλλά και σε φιλμ (Food & Beverage packaging, 2013). Νανοτεχνολογία στη συσκευασία Τα τελευταία χρόνια γίνονται έρευνες για την εφαρμογή της νανοτεχνολογίας στον τομέα της συσκευασίας. Νανοτεχνολογία καλείται η τεχνολογία η οποία ασχολείται με την παρατήρηση, την έρευνα και τη διαχείριση υλικών που έχουν μέγεθος από nanometers. Το 1 nanometer ισούται με το 1 δισεκατομμυριοστό του μέτρου (Nano.gov, n.d.). Στη Νανοκλίμακα ορίζονται τρεις διαστάσεις: στη μία διάσταση ανήκουν οι 49

50 πολύ λεπτές επιστρώσεις, στις δύο διαστάσεις ανήκουν οι νανοσωλήνες ενώ τρισδιάστατα είναι τα νανοσωματίδια (Simoneau, 2012). Η χρήση του αργύρου ως αντιμικροβιακού παράγοντα ήταν γνωστή από τα αρχαία χρόνια όταν χρησιμοποιούνταν ασημένια δοχεία για την αποθήκευση κρασιού και νερού, αλλά και αργότερα όταν χρησιμοποιούσαν ασημένια αντικείμενα όπως κουτάλια στον πάτο των δοχείων για να επιμηκύνουν τη διάρκεια του γάλακτος. Η χρήση νανοσωματιδίων αργύρου διαπιστώθηκε αργότερα και μετά από πειράματα ότι είχε αντιμικροβιακές ιδιότητες με έντονη αντιβακτηριδιακή δράση ενάντια σε βακτήρια όπως το e-coli, σταφυλόκοκκος, εντερόκοκκος, ψευδομονάδα, σαλμονέλα. Άλλα νανοσωματίδια που παρουσιάζουν ανάλογες ιδιότητες είναι το διοξείδιο του τιτανίου, το οξείδιο του μαγνησίου, το οξείδιο του ψευδαργύρου, το οξείδιο του χαλκού. Αυτές οι ιδιότητες είναι πολύ σημαντικές καθώς ο καταναλωτής δε βασίζεται μόνο στην ημερομηνία λήξης αλλά μπορεί να ξέρει σε τι κατάσταση είναι το προϊόν που αγοράζει και αν ενδείκνυται για κατανάλωση (Duncan, 2011). Συμπεράσματα Μέσα από την παραπάνω έρευνα ενδιαφέρουσες εφαρμογές αποτελούν οι μαγνητικές εκτυπώσεις που έχουν την δυνατότητα να ενημερώνουν τον καταναλωτή για την κατάσταση του σκευαζόμενου προϊόντος αλλά και η νανοτεχνολογία του αργύρου για της αντιμικροβιακές ιδιότητες. Οι δύο αυτές τεχνολογίες θα μπορούσαν να μεταφραστούν σε σχεδιαστικές προδιαγραφές για την επίγνωση του καταναλωτή σε ότι αφορά το περιεχόμενο της συσκευασίας. 3.9 Νομικές προδιαγραφές Στόχος Προκειμένου να σχεδιαστεί ένα σύστημα που θα μπορεί να σταθεί στην αγορά είναι απαραίτητη η μελέτη του νομικού πλαισίου σε ότι αφορά το νερό, την συσκευασία του και τους νόμους που θα πρέπει να υπακούουν τα υλικά που θα επιλεχθούν. Υλικά Βάσει των αρχών που παρατίθενται στον κανονισμό (ΕΚ) αριθ. 1935/2004, τα υλικά δεν πρέπει: να απελευθερώνουν τα συστατικά τους στα τρόφιμα σε επίπεδα τα οποία είναι επιβλαβή για την ανθρώπινη υγεία, να τροποποιούν τη σύνθεση, τη γεύση και την οσμή των τροφίμων κατά τρόπο μη αποδεκτό. 50

51 Επιπλέον, το πλαίσιο προβλέπει: Ειδικούς κανόνες για τα ενεργά και τα νοήμονα υλικά (σχεδιασμένα έτσι, ώστε να μην είναι αδρανή). Εξουσίες θέσπισης επιπρόσθετων μέτρων της ΕΕ για συγκεκριμένα υλικά (π.χ. για τα πλαστικά). Τη διαδικασία αξιολογήσεων της ασφάλειας των ουσιών που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή ΥΕΤ, με τη συμμετοχή της Ευρωπαϊκής Αρχής Ασφάλειας Τροφίμων. Κανόνες για την επισήμανση, οι οποίοι περιλαμβάνουν ένδειξη σχετικά με τη χρήση τους. Διατάξεις για την απόδειξη της συμμόρφωσης και την ιχνηλασιμότητα. Συντήρηση Με τον κανονισμό (ΕΚ) αριθ. 2006/2023 διασφαλίζεται διαρκής συμμόρφωση με τις απαιτήσεις όσον αφορά την παραγωγή ΥΕΤ, μεριμνώντας για: Εγκαταστάσεις κατάλληλες για τον σκοπό χρήσης τους, και ευαισθητοποίηση του προσωπικού όσον αφορά τα κρίσιμα στάδια παραγωγής. Τεκμηριωμένα συστήματα διασφάλισης ποιότητας και ελέγχου ποιότητας στις εγκαταστάσεις. Επιλογή κατάλληλων υλικών εκκίνησης (πρώτων υλών) για τη διαδικασία παραγωγής, με στόχο την ασφάλεια και την αδράνεια των τελικών αντικειμένων. Οι κανόνες ορθής πρακτικής κατά την παραγωγή εφαρμόζονται σε όλα τα στάδια της συνολικής διαδικασίας, παρότι η παραγωγή υλικών εκκίνησης καλύπτεται από διαφορετική νομοθεσία. Συσκευασία νερού Ο νόμος ορίζει ότι οι παρακάτω συγκεκριμένες ενδείξεις πρέπει να αναγράφονται υποχρεωτικά στη συσκευασία των εμφιαλωμένων νερών: Ονομασία πώλησης του προϊόντος Ονομασία πηγής υδροληψίας Τόπος εκμετάλλευσης του νερού Φυσική και χημική ανάλυση της σύνθεσης του νερού Κατεργασίες που ενδεχομένως πραγματοποιούνται κατά τη διαδικασία εμφιάλωσης Ποσότητα (όγκος) του περιεχομένου Χρονολογία ελάχιστης διαθεσιμότητας (ημερομηνία λήξης) σε μορφή μέρα/μήνας/έτος Παρτίδα παραγωγής Συνθήκες συντήρησης και χρήσης του προϊόντος (π.χ. Φυλάσσεται σε δροσερό και σκιερό μέρος) Όνομα ή εμπορική επωνυμία και διεύθυνση παρασκευαστή Με βάση την ίδια νομοθεσία, στη συσκευασία των εμφιαλωμένων νερών, απαγορεύεται να αναγράφονται οι ακόλουθες ενδείξεις: 1. Εκείνες που τους αποδίδουν θεραπευτικές ιδιότητες 51

52 2. Όσες σχετίζονται με επίδραση στις λειτουργίες του ανθρώπινου οργανισμού π.χ. "Διαιτητικό" ή "Ενισχύει την πέψη" 3. Δηλώσεις που υπονοούν ότι το προϊόν έχει ιδιότητες ή χαρακτηριστικά που δεν υπάρχουν στην πραγματικότητα και αποσκοπούν στην παραπλάνηση του κοινού 4. Επωνυμία που παραπέμπει σε όνομα περιοχής άλλης από την γεωγραφική περιοχή προέλευσης του νερού 4 Ερευνητικά Συμπεράσματα 4.1 Γενικά Μέσα από την ολιστική έρευνα που πραγματοποιήθηκε έγινε εξ ολοκλήρου κατανοητό το πρόβλημα και η διαδικασία αλλοίωσης του νερού, αλλά συγχρόνως κατανοήθηκε και η αξία της αποθήσκευσής του. Επίσης γνωστοποιήθηκαν αναλυτικά τα προβλήματα υγείας που δημιουργούνται από την πλαστική συσκευασία που έχει επιλεχθεί για την αποθήκευση του νερού. Ένα άλλο κεφάλαιο που μελετήθηκε και επέφερε συμπεράσματα στην τελική δομή του έργου είναι τα περιβαλλοντικά προβλήματα που δημιουργούνται εξαιτίας της εδραίωσης του πλαστικού στη συσκευασία, σε συνδυασμό με την αειφορική αρχή και συνείδηση. Τέλος μέσα από την έρευνα μελετηθήκαν αρκέτά υλικά με ενδιαφέρουσες ιδιότητες για την κάλυψη των απαιτούμενων αναγκών. Το πιο βασικό πρόβλημα που εντοπίστηκε συμπερασματικά είναι η επιλογή ενός υλικού με μικρή αντοχή στη θερμότητα αλλά μεγάλη στην επιβίωσή του, για την κάλυψη μιας τόσο βασικής ανάγκης για τον άνθρωπο, όπως η πόση νερού σε συνδυασμό με τον ανθρώπινο πληθυσμό και την αύξηση ρύπων στο περιβάλλον. 4.2 Περιβαλλοντικά- Κοινωνικά Αναλυτικά, η αποθήκευση νερού ενδιαφέρει και επηρεάζει το μεγαλύτερο μέρος των ανθρώπων. Η διανομή του θα πρέπει να είναι εύκολη και να εξασφαλίζει την αναλλοίωτη ποιότητά του, αφού σύμφωνα με την μελέτη το πλαστικό κατά την έκθεσή του σε θερμότητα μπορεί να μεταφέρει στοιχεία, όπως διφαινόλη Α και αντιμόνιο, που επιφέρουν σοβαρά προβλήματα υγείας στον άνθρωπο. Η εμφιάλωση όλο και περισσότερο απασχολεί μεγαλύτερο μέρος των ανθρώπων αφού όλο και λιγότερα δίκτυα ύδρευσης κρίνονται ως πόσιμα. Όσο αυτή η ανάγκη μεγαλώνει, χρησιμοποιώντας υλικά που δεν είναι φιλικά προς τον άνθρωπο και το περιβάλλον, τόσο το πρόβλημα θα χρήζει επιτακτικής λύσης. Με την επιλογή ενός υλικού που θα εξασφαλίζει την καλύτερη συντήρηση του περιεχομένου, σκεπτόμενη και την φιλική διάθεση προς το περιβάλλον θα λυθεί ένα πολύ βασικό πρόβλημα, περιβαλλοντικό αλλά και κοινωνικό. Σύμφωνα με την αειφορική συνείδηση, αφού οι φυσικοί πόροι όλο και λιγοστεύουν με την ρύπανση του περιβάλλοντος, κάθε σύστημα θα πρέπει να σχεδιάζεται γνωρίζοντας τον κύκλο ζωής του, καθώς και τα απόβλητα που θα επιφέρει μετά από αυτόν. Μειώνοντας τα απόβλητα, μειώνεται και η ενεργειακή δαπάνη για την ανακύκλωση ή την κατανάλωση 52

53 των απορριμμάτων. Επίσης επενδύοντας σε φυσικούς πόρους για την αποθήκευση νερού δίνεται το έναυσμα για την καλλιέργεια περισσότερων φυτών όπως bamboo, καρύδα, βελανιδιά φελλού. Ακόμη η χρήση βιοδιασπώμενων υλικών φαίνεται ιδανική αφού ο κύκλος ζωής του προϊόντος ταυτίζεται με τον κύκλο ζωής των υλικών. 4.3 Υλικά Ως ιδανικά υλικά μέσα από την έρευνα εμφανίζονται το γυαλί, το PLA, το Aerogel, το bamboo, η καρύδα και ο φελλός.. Όλα τα παραπάνω είναι πλήρως ανακυκλώσιμα και σχεδόν όλα βιοδιασπώμενα. Το Aerogel δείχνει να έχει εξαιρετικές ικανότητες για την επίλυση του βασικού προβλήματος αφού είναι διοξείδιο του πυριτίου (όπως και το γυαλί) με πολύ καλή θερμομονωτική ιδιότητα και πολύ χαμηλή πυκνότητα 20 kg/m 3. Τείνει επομένως να αντικαταστήσει το πλαστικό λόγω του βάρους του και των μηχανικών ιδιοτήτων και το γυαλί λόγω της αυξημένης θερμομονωτικής του ιδιότητας. Απ την άλλη το bamboo, το κέλυφος καρύδας και ο φελλός αποτελούν απόλυτα φυσικά υλικά με καλές θερμομονωτικές ιδιότητες, υδρόφοβα και με εξίσου χαμηλή πυκνότητα. Το βασικό μειονέκτημα σ αυτά τα υλικά είναι η αδιαφάνεια που προσφέρουν αλλά και η επεξεργασία που χρειάζονται προκειμένου να είναι υλοποιήσιμο ένα σύστημα όπως αυτό που ερευνάται. 4.4 Εφαρμογές Τέλος μέσα από την έρευνα που έγινε σε καινοτόμες εφαρμογές μελετηθήκαν ενδιαφέρουσες εφευρέσεις που αφορούν την συσκευασία και την προστασία του περιεχομένου. Μια απ αυτές είναι η μαγνητική εκτύπωση, που δίνει την δυνατότητα στον καταναλωτή να γνωρίζει αν το περιεχόμενο έχει αλλοιωθεί ή όχι, αλλά και η χρήση της νανοτεχνολογίας που προσφέρει αντιμικροβιακές ικανότητες στη συσκευασία. Παρ' όλα αυτά οι δύο τελευταίες εφαρμογές προσφέρουν την δυνατότητα επίγνωση του καταναλωτή και όχι την επίλυση του προβλήματος. Συμπερασματικά για την ακριβέστερη κατανόηση των συμπερασμάτων σε πραγματικό χρόνο, διεξήχθη ένα ερωτηματολόγιο για 2 βδομάδες με 215 απαντήσεις. 4.5 Ερωτηματολόγιο Στόχος Για την επικύρωση των συμπερασμάτων και για την διεξαγωγή περισσότερων σε ότι αφορά τις ανάγκες στο σημερινό καταναλωτικό κοινό διεξήχθη ένα online ερωτηματολόγιο σε συνδυασμό με πραγματικές συνεντεύξεις στα άτομα που ήταν αναγκαίο. 53

54 Τις ημερομηνίες 8 Σεπτέμβρη έως 22 Σεπτέμβρη του 2018 δημοσιεύτηκε το παρακάτω ημερολόγιο στον ιστότοπο γνωστής πλατφόρμας των social media καθώς και στοχευόμενα σε διάφορες ηλεκτρονικές διευθύνσεις, προκειμένου να καλυφτεί όλο το εύρος ηλικιών με ένα σεβαστό αριθμό συμμετεχόντων, για την αντικειμενική διεξαγωγή των αποτελεσμάτων. Το ερωτηματολόγιο συντάχθηκε σύμφωνα με τα συμπεράσματα της ολιστικής έρευνας για την επικύρωσή τους. Οι ερωτήσεις επιλέχθηκαν να συνταχθούν εξ ολοκλήρου με την μορφή πολλαπλής επιλογής, για την ευκολία των χρηστών καθώς και για την αποφυγή απροσδιόριστων απαντήσεων. Συνολικά μετά από την ολοκλήρωση της προώθησης συλλέχθηκαν 215 απαντήσεις. Όπου ήταν απαραίτητο, κυρίως για άπειρους χρήστες υπολογιστών, το ερωτηματολόγιο διεξήχθη σε μορφή συνέντευξης. Τέτοιου είδους απαντήσεις συλλέχθηκαν συνολικά 5. Τέλος σε ότι αφορά την σχεδίαση του ερωτηματολογίου επιλεχθήκαν τα χρώματα πράσινο και γαλάζιο για να υποδηλώσουν τον χαρακτήρα της έρευνας μέσα από το περιβάλλον και το νερό. Ερωτήσεις 1. Φύλλο Άνδρας Γυναίκα Άλλο 2. Ηλικία Πόσο υγιεινή θεωρείτε μια πλαστική συσκευασία για το νερό; Καθόλου Ελάχιστα Αρκετά Πολύ Πάρα πολύ 4. Πόσο σας εκφράζει η νοοτροπία της ανακύκλωσης; Καθόλου Ελάχιστα Αρκετά Πολύ Πάρα πολύ 5. Πόσο σας ευαισθητοποιεί το γεγονός ότι το νερό αποθηκεύεται σε πλαστικό μπουκάλι; 54

55 Καθόλου Ελάχιστα Αρκετά Πολύ Πάρα πολύ 6. Ποια είναι η ενημέρωσή σας σε ό,τι αφορά τις επιπτώσεις που έχει το πλαστικό μπουκάλι στο νερό; Καθόλου Ελάχιστα Αρκετά Πολύ Πάρα πολύ 7. Θα σας ευαισθητοποιούσε μια συσκευασία νερού με μειωμένα απόβλητα; Ναι Όχι 8. Πόσο σημαντική είναι για σας η διαφάνεια στη συσκευασίας αποθήκευσης νερού; Καθόλου Λίγο Αρκετά 9. Θα σας ενδιέφερε μια συσκευασία που θα εξασφάλιζε καλύτερη ποιότητα νερού, έστω και αν ήταν ακριβότερη; Ναι Όχι 10. Ποια συσκευασία νερού χρησιμοποιείτε συχνότερα; 0,5 lt 1,5 lt 11. Προτιμάτε τις συσκευασίες που πωλούνται ως ομάδα προϊόντων (εξάδες); Ναι Όχι Αποτελέσματα Συνολικά από τις 215 απαντήσεις απάντησαν 139 γυναίκες, 74 άνδρες και 2 άτομα που δηλώσανε "άλλο".το ερωτηματολόγιο μοιράστηκε ισόποσα και στα δύο φύλα αλλά μεγαλύτερο ενδιαφέρον έδειξαν οι γυναίκες. Οι περισσότερες απαντήσεις δωθήκαν από τις ηλικίες (74) και (76), με το μικρότερο ποσοστό να κατακτούν οι ηλικίες 65+ (5) και μετά οι ηλικίες με 14 απαντήσεις. Στις ηλικίες από 18 έως 65 τα αποτελέσματα των απαντήσεων είναι σχεδόν ισόποσα. Στην ερώτηση "Πόσο υγιεινή θεωρείτε μια πλαστική συσκευασία για το νερό;" ένα αρκετά μεγάλο ποσοστό (74,2%) απάντησε ελάχιστα ή καθόλου με την απάντηση "ελάχιστα" να κατακτά την πρώτη θέση. Σχετικά ικανοποιητικό ποσοστό απάντησε "αρκετά" (18,8%) στην παραπάνω ερώτηση. Στην ερώτηση "Πόσο σας εκφράζει η νοοτροπία της ανακύκλωσης;" ένα αρκετά μεγάλο ποσοστό φάνηκε ευαισθητοποιημένο 55

56 (88,3%) απαντώντας "αρκετά", "πάρα πολύ" ή "πολύ". Στην ερώτηση "Πόσο σας ευαισθητοποιεί το γεγονός ότι το νερό αποθηκεύεται σε πλαστικό μπουκάλι;" μόλις το 8,9% απάντησε "καθόλου" με 19 απαντήσεις ενώ όλο το υπόλοιπο ποσοστό φαίνεται κλιμακωτά ευαισθητοποιημένο. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι απαντήσεις στη ερώτηση "Ποια είναι η ενημέρωσή σας σε ό,τι αφορά τις επιπτώσεις που έχει το πλαστικό μπουκάλι στο νερό;", καθώς το κοινό δεν φαίνεται αρκετά ενημερωμένο, συγκεντρώνοντας το 20,7% στην απάντηση "ελάχιστη", το 32,9% στην απάντηση "μέτρια" και το 6,6% στην απάντηση "καθόλου", όπως φαίνεται στην εικόνα 4.1. Εικόνα 4.1 Στατιστικά απαντήσεων ερωτηματολογίου από την ερώτηση 6. Η συντριπτική πλειοψηφία απάντησε θετικά όσον αφορά την ευαισθητοποίησή τους για την μείωση αποβλήτων συμπληρώνοντας το 98,1% με 211 απαντήσεις. Ενδιαφέρον επίσης παρουσιάζουν τα αποτελέσματα στην ερώτηση "Πόσο σημαντική είναι για σας η διαφάνεια στη συσκευασίας αποθήκευσης νερού;", όπου αρκετά ικανοποιητικό ποσοστό την θεωρεί αρκετά σημαντική (57,7%), ενώ μόλις το 15% απαντά "καθόλου" σε αυτήν την ερώτηση, όπως φαίνεται στην εικόνα

57 Εικόνα 4.2 Στατιστικά απαντήσεων ερωτηματολογίου από την ερώτηση 8. Θετικό δείχνει να είναι το κοινό στην αγορά μιας ακριβότερης συσκευασίας που θα εξασφαλίζει καλύτερη ποιότητα νερού, συγκεντρώνοντας το 85% των συνολικών απαντήσεων στην αντίστοιχη ερώτηση. Από την άλλη διχασμένο φαίνεται στην ερώτηση "Ποια συσκευασία νερού χρησιμοποιείτε συχνότερα;", όπως φαίνεται στην εικόνα 4.4. Εικόνα 4.3 Στατιστικά απαντήσεων ερωτηματολογίου από την ερώτηση 10. Τέλος ένα ικανοποιητικό ποσοστό του κοινού (82,2%) φαίνεται να προτιμά τις συσκευασίες που πωλούνται ως ομάδα προϊόντων. 4.6 Συμπεράσματα ερωτηματολογίου Μέσα από τα αποτελέσματα του ερωτηματολογίου εξάγονται ενδιαφέροντα συμπεράσματα τόσο για το απευθυνόμενο κοινό και κατά συνέπεια για ένα μικρό δείγμα κοινωνίας, όσο και για τις σχεδιαστικές 57

58 προδιαγραφές του συστήματος. Ένα αρχικό συμπέρασμα είναι ότι ο γυναικείος πληθυσμός ευαισθητοποιείται πιο εύκολα από τον αντρικό σε τέτοιου είδους έρευνες. Έπειτα το απευθυνόμενο κοινό φαίνεται αρκετά ευαισθητοποιημένο σε ότι αφορά στην ανακύκλωση και την μείωση των πλαστικών ή ακόμα και των αποβλήτων αλλά με ελλιπή ενημέρωση σε ότι αφορά τα προβλήματα που προκύπτουν από το συγκεκριμένο θέμα. Επίσης το κοινό φαίνεται να είναι πρόθυμο να αγοράσει ένα ακριβότερο προϊόν που θα εξασφαλίζει καλύτερη ποιότητα νερού, γεγονός που σε συνδυασμό με τις οικονομικές συνθήκες της εποχής, δείχνει ότι είναι μία σημαντική ανάγκη. Εξίσου ενδιαφέρουσα, για την τελική επιλογή υλικού και σχεδίου, είναι η αντίληψη ότι η διαφάνεια είναι αρκετά σημαντική για το καταναλωτικό κοινό. Τέλος το γεγονός ότι το απευθυνόμενο κοινό προτιμά ομαδοποιημένες συσκευασίες, δηλώνει μια σχεδιαστική προδιαγραφή που θα πρέπει να μεταφραστεί μέσα από το σχήμα και την λειτουργία του υπό σχεδίαση συστήματος. Σε ότι αφορά τις ερωτήσεις του ερωτηματολογίου που συλλέχθηκαν με την μορφή συνέντευξης, φαίνεται ότι οι ηλικίες 65+ έχουν μια ανώριμη άποψη σε ότι αφορά την ανακύκλωση και τα μειωμένα απόβλητα λόγω της ελλιπούς γνώσης τους πάνω στο θέμα, αφού όλοι τους αναρωτηθήκαν πόσο ποιοτικό μπορεί να είναι ένα υλικό που βιοδιασπάται. Επίσης ενδιαφέρον δείχνει η απάντησή τους σε ότι αφορά το πλαστικό μπουκάλι νερού ότι θα προτιμούσαν γυάλινο αλλά το βάρος του, τους απωθεί. Τέλος ακόμη και οι ηλικιωμένοι με μεγάλη προθυμία θα αγόραζαν ακριβότερη συσκευασία που θα εξασφάλιζε καλύτερη ποιότητα νερού, παρά την άγνοιά τους σε ό,τι αφορά το συγκεκριμένο θέμα. 5 Οριστική περιγραφή έργου 5.1 Brief Σχεδιασμός ενός συστήματος αποθήκευσης νερού με προτεραιότητα την διατήρηση της ποιότητας του, προκειμένου ο χρήστης να καταναλώνει αναλλοίωτο νερό. Ο σχεδιασμός θα βασιστεί σε μια οικολογική συνείδηση, που συμμερίζεται τα περιβαλλοντικά και προβλήματα υγείας που έχουν προκύψει από την εδραίωση του πλαστικού στην ικανοποίηση αυτής της ανάγκης. Η βασική ανάγκη της πόσης νερού από τον άνθρωπο σε συνδυασμό με τον πληθυσμό των ανθρώπων, θα οδηγήσει στην επιλογή ενός υλικού με φιλικό χαρακτήρα προς το περιβάλλον, εξασφαλίζοντας παράλληλα την ασφάλεια του νερού. Το απευθυνόμενο κοινό του υπό σχεδίαση συστήματος θα πρέπει να έχει περιβαλλοντική συνείδηση. 58

59 5.2 Προβληματικός χώρος Υγεία Η εδραίωση του πλαστικού στην καθημερινότητα των ανθρώπων επιφέρει σημαντικά προβλήματα στην υγεία τους είτε άμεσα είτε έμμεσα. Μπορεί το πλαστικό να φαίνεται ιδανικό για προϊόντα μιας χρήσης, πρόκειται όμως για ένα υλικό που μπορεί να επιβιώσει αιώνες. Γεγονός που δημιουργεί επιπτώσεις στην υγεία των ανθρώπων αφού αρκετές φορές, προκειμένου να διασπαστεί πλήρως το υλικό γίνεται καύση απελευθερώνοντας τοξικά αέρια. Ακόμη κατά την προσπάθεια της φύσης να βιοδιασπάσει οποιοδήποτε πλαστικό υλικό, το πολυμερές κατακερματίζεται σε μικρότερα τμήματα μολύνοντας την φύση και κατά συνέπεια των άνθρωπο. Είναι γνωστή η αδυναμία των περισσότερων πλαστικών με διαφάνεια στην υπεριώδη ακτινοβολία. Όταν χρησιμοποιούνται τέτοια υλικά για την αποθήκευση τροφίμων ή νερού, οι επιπτώσεις είναι σοβαρές για τον άνθρωπο. Δεκάδες μελέτες έχουν καταδείξει την τοξική δράση πολλών ουσιών που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή των πλαστικών γι αυτό και οι κανονισμοί είναι εξαιρετικά αυστηροί και καθορίζουν με σαφήνεια τόσο το είδος των επιτρεπόμενων ουσιών (πρόσθετων και μονομερών κλπ) όσο και τις συνθήκες χρησιμοποίησης των πλαστικών συσκευασιών και από καιρό σε καιρό αναθεωρούνται επί το αυστηρότερο. Παρά το γεγονός ότι οι ποσότητες που μπορεί να μεταναστεύουν από μια πλαστική συσκευασία μπορεί να είναι πολύ μικρές, της τάξης των ppt, ακόμη και κάτω από τα όρια ανιχνευσιμότητας που επιτρέπουν οι αναλυτικές μέθοδοι, η καθημερινή χρήση και η πολύ μεγάλη διάδοση των πλαστικών να κάνει τις δόσεις αυτές μακροχρόνια επικίνδυνες. (Environ. Sci. Technol. 2007) Μελέτες έχουν δείξει ότι πολλές από τις ουσίες αυτές λειτουργούν ως «ενδοκρινολογικοί διαταράκτες» (endocrine disruptors (EDs)), παρεμποδίζουν τη δράση των οιστρογόνων και διαταράσσουν το ορμονικό σύστημα του ανθρώπινου οργανισμού. Πολλές από τις ουσίες αυτές δεν μεταβολίζονται ούτε αποβάλλονται εύκολα με αποτέλεσμα να συσσωρεύονται στο οργανισμό με πιθανότητα λόγω της τοξικολογικής τους δράσης να προκαλέσουν μελλοντικά διαταραχές ζωτικών οργάνων κυρίως στα παιδιά, με εκδήλωση προβλημάτων υγείας όπως δυσλειτουργία του ανοσοποιητικού και αναπαραγωγικού συστήματος, βλάβες στο ήπαρ τα νεφρά, τις αρθρώσεις ακόμη και καρκινογένεση. (Environ. Sci. Technol. 2007) (ESFA, 2015) Περιβάλλον Οι περιβαλλοντικές συνθήκες, συνήθως, είναι αυτές που προκαλούν την έναρξη για την αλλοίωση ενός προϊόντος από την έκθεση της συσκευασίας στις υπεριώδεις ακτινοβολίες, στη ζέστη και στις εναλλαγές θερμοκρασίας. Οι συνθήκες αυτές μπορούν να προκαλέσουν δομικές αλλαγές στη συσκευασία, οι οποίες συνοδεύονται από ραγίσματα, σπασίματα, αλλαγές στο χρώμα της συσκευασίας. Έτσι το προϊόν εκτίθεται σε οξυγόνο και υγρασία και λαμβάνουν χώρα χημικές ενώσεις και αντιδράσεις οι οποίες οδηγούν στην αλλοίωση του προϊόντος. 59

60 Παρόλο που τα τελευταία χρόνια η ανακύκλωση υλικών έχει πάρει μεγάλες διαστάσεις και η συνείδηση των καταναλωτών συνδέεται άμεσα με αυτή, ο όγκος των απορριμμάτων δεν παρουσιάζει αντίστοιχη μείωση. Σύμφωνα με στοιχεία της Environmental Protection Agency (EPA 2007, 2014) τα τελευταία χρόνια ο όγκος των απορριμμάτων έχει αυξηθεί αρκετά φτάνοντας τους 250 εκατομμύρια τόνους. H συνολική ανακύκλωση φτάνει τους 85 εκατομμύρια τόνους, αφήνοντας ένα υπόλοιπο περίπου 165 εκατομμύρια τόνους, προσεγγίζοντας έτσι τα επίπεδα της δεκαετίας του 1990 (βλ. Εικόνες 5,6). Αυτό ώθησε τους ερευνητές καθώς και τις εταιρίες συσκευασιών να βρουν νέες μεθόδους και υλικά που να βοηθήσουν στη μείωση των απορριμμάτων. 5.3 Ανάγκες που προκύπτουν 1. Χρήση υλικού που δεν θα επιφέρει επιπτώσεις στον άνθρωπο. 2. Χρήση υλικού φιλικό προς το περιβάλλον. 3. Σχεδιασμός ενός συστήματος πλήρως ανακυκλώσιμου. 4. Σχεδιασμός με σκοπό την ελαχιστοποίηση αλλοίωσης του σκευαζόμενου προϊόντος. 5. Δυνατότητα επίγνωσης της κατάστασης του προϊόντος από τον καταναλωτή. 6. Μείωση της απαιτούμενης ενέργειας για την κατασκευή και την ανακύκλωση του προϊόντος. 6 Υπολογιστικό Πείραμα Για την εξέταση συμπεριφοράς των υλικών που φαίνονται να ικανοποιούν τον στόχο σχεδιάστηκε ένα ακραίο υπολογιστικό πείραμα. Στόχος Προκειμένου να υπάρξει μια απόδειξη της ικανότητας των εξεταζόμενων υλικών, για την κάλυψη του σχεδιαστικού στόχου και του προβληματικού χώρο εξήχθη ένα υπολογιστικό πείραμα με ένα συντηρητικό όγκο και με συγκεκριμένες συνθήκες. 6.1 Ορισμός προβλήματος Σχεδίαση ενός κλειστού κυλίνδρου με πάχος υλικού αερογέλης 0.01m και ύψος 0.30m, γεμισμένος με νερό. Τοποθέτηση συστήματος σε θερμοκρασία δωματίου (22 βαθμούς κελσίου) μέχρι να έρθει σε ισορροπία και σε χρόνο t=0 τοποθετείτε στους 50 βαθμούς κελσίου για 24 ώρες. Ποια είναι η τελική θερμοκρασία του νερού στο διαμετρικό κέντρο του κυλίνδρου μετά από 24 ώρες; 60

61 Για να γίνει πλήρης περιγραφή του προβλήματος πρέπει να ληφθούν υπόψη οι εξής συνθήκες : Η θερμότητα που ανταλλάσει με ακτινοβολία η εξωτερική επιφάνεια του τοιχώματος με την εσωτερική. Η θερμότητα που μεταφέρεται με ακτινοβολία από την εξωτερική επιφάνεια του τοιχώματος προς τα άλλα αντικείμενα του εξωτερικού χώρου. Η θερμότητα που μεταφέρεται με συναγωγή στην εσωτερική και εξωτερική πλευρά του τοιχώματος Η αγωγή θερμότητας μέσα στο τοίχωμα. Η συσσώρευση θερμότητας στο τοίχωμα, που έχει ως αποτέλεσμα την μεταβολή της θερμοκρασίας του με τον χρόνο. 6.2 Περιορισμοί 1. Δεν λαμβάνεται υπόψη η επένδυση της αερογέλης με PLA. 2. Θεωρείται ότι η μεταφορά θερμότητας από το περιβάλλον στο εξωτερικό τοίχωμα γίνεται με συναγωγή και από το εσωτερικό τοίχωμα στο νερό με αγωγή. 3. Δεν λαμβάνεται υπόψη η συνθήκη 1, 2 και Εξαιτίας της συνεχούς αλλαγής θερμοκρασίας του νερού σε σχέση με τον χρόνο, από τα τοιχώματα προς το κέντρο, το σύστημα βρίσκεται σε μη μόνιμη κατάσταση. 5. Θεωρείται αυτόματη η αλλαγή θερμοκρασίας σε όλη τη μάζα νερού για κάθε sec. 6.3 Φυσικοί νόμοι Στόχος Για την εξαγωγή αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε μια έρευνα σε νόμους της φύσης που αφορούν φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας. Το ερευνητικό αυτό πεδίο, στοχεύει στην κατανόηση φυσικών φαινομένων που συντελούν στην μεταφορά θερμότητας ώστε να συμπεριληφθούν στον παρόν υπολογιστικό σύστημα. Μεταφορά θερμότητας μέσω συναγωγής Η μεταφορά θερμότητας στα ρευστά γίνεται πάντα με συναγωγή λόγω της κίνησής τους. Στην περίπτωση που ένα ρευστό θερμαίνεται μέσω θερμών τοιχωμάτων, εμφανίζει άνοδο της θερμοκρασίας του και κατά συνέπεια διαστέλλεται. Προκαλείται διαφορά πυκνότητας ανάμεσα σε περιοχές με διαφορετικές θερμοκρασίες, με αποτέλεσμα την κίνηση του ρευστού λόγω παρουσίας δυνάμεων άνωσης. Όταν θερμαίνεται νερό σε ένα δοχείο, οι μάζες υγρού που είναι σε επαφή με τον πυθμένα θερμαίνονται πρώτες και 61

62 κινούνται προς τα πάνω στη θερμαινόμενη επιφάνεια. Η κίνηση αυτή οφείλεται στον νόμο της βαρύτητας και ονομάζεται φυσική κατάσταση. Στην περίπτωση που εξετάζεται το κυλινδρικό σύστημα θερμαίνεται περιμετρικά στα τοιχώματα από την θερμοκρασία περιβάλλοντος οπότε η θερμοκρασία και οι δυνάμεις αλλάζουν αντίστοιχα. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται ως μονωτικά είναι πορώδη και παγιδεύουν αέρα στους πόρους τους. Ο αέρας έχει πολύ μικρή θερμική αγωγιμότητα σε σχέση με τα στερεά υλικά και για τον λόγο αυτό το υλικό εμφανίζεται ως δυσθερμαγωγικό. Η ροή θερμότητας με μηχανισμό συναγωγής δίνεται από τον τύπο: όπου h συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή που δίνεται από τον τύπο (W/m 2 K) H εξίσωση (3) μπορεί να εφαρμοστεί σε όλη την επιφάνεια, όταν τα και h αντιπροσωπεύουν την μέση ροή θερμότητας και τον μέσο συντελεστή συναγωγή στην επιφάνεια. Ο συνολικός ρυθμός μεταφοράς θερμότητας σ' αυτή την περίπτωση δίνεται από την σχέση, (2) (3) (4) όπου Α, επιφάνεια εμβαδού στο ρευστό. Μεταφορά θερμότητας μέσω αγωγής Η μεταφορά θερμότητας μέσω αγωγής οφείλεται στις αλληλεπιδράσεις των μικροσκοπικών σωματιδίων, χωρίς μακροσκοπικά να παρατηρείται μετακίνηση υλικού από την μια θέση στην άλλη. Ο μηχανισμός αυτός κυριαρχεί σε στερεά σώματα ή σε μη κινούμενα ρευστά. Στα υγρά, οι αποστάσεις μεταξύ των μορίων είναι μικρότερες από τα αέρια και η μοριακές αλληλεπιδράσεις πιο ισχυρές. Η μεταφορά θερμότητας με αγωγή, παρατηρείται αναλογικά του ρυθμού μεταφοράς και του δυναμικού που προκαλεί, δηλαδή την βαθμίδα θερμοκρασίας. Η βασική σχέση που συνδέει την ροή θερμότητας με την βαθμίδα θερμοκρασίας διέπεται από τον νόμο Fourier για αγωγή και έχει την μορφή: 62

63 όπου, είναι η ροή θερμότητας κατά διεύθυνση χ k ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας που δίνεται από τον τύπο (5) (W/mK) (6) Ο νόμος του Fourier χρησιμοποιείται όταν η κατανομή θερμοκρασίας είναι γνωστή. Οριακό στρώμα ταχύτητας και θερμοκρασίας Η θερμότητα μεταφέρεται από την επιφάνεια προς το πρώτο ακίνητο στρώμα με αγωγή. Καθώς όμως απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια, η ταχύτητα γίνεται σημαντική και η θερμότητα μεταφέρεται λόγω κίνησης του αέρα. ταυτόχρονα οι δυνάμεις ιξώδους εξασθενούν και ο αέρας κινείται ελεύθερα. Έτσι ο κυρίαρχος μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας είναι η συναγωγή, δηλαδή μάζες θερμού αέρα φεύγουν από την περιοχή υψηλών θερμοκρασιών κοντά στην επιφάνεια και μεταφέρουν τη θερμική τους ενέργεια στη μάζα του αέρα που βρίσκεται μακριά από την επιφάνεια. Μη μόνιμη κατάσταση Σε μη μόνιμη κατάσταση χαρακτηρίζεται ένα σύστημα όταν η θερμοκρασία στα όρια του σώματος υπόκειται σε συνεχή και πεπερασμένη διαταραχή. Ο προσδιορισμός της κατανομής θερμότητας μέσα σε ένα στερεό σώμα, για κάθε χρονική στιγμή προκύπτει από την εξίσωση διατήρησης ενέργειας. Μέσα στο στερεό η μεταφορά θερμότητας γίνεται με τον μηχανισμό αγωγής. Για μονοδιάστατη αγωγή σε καρτεσιανές συντεταγμένες, σταθερού k και χωρίς παραγωγή θερμότητας η εξίσωση παίρνει την μορφή: (7) Στόχος είναι ο προσδιορισμός της μεταβολής θερμοκρασίας του σώματος με την πάροδο του χρόνου σε κάθε θέση και η εκτίμηση της θερμότητας που εναλλάσσεται με το περιβάλλον για την επίτευξη της μεταβολής. Εξαρτώμενοι παράγοντες για τη απόκριση του συστήματος είναι: α) η γεωμετρία β) η αρχική κατανομή της θερμοκρασίας γ) η μορφή διαταραχής δ) οι ιδιότητες του υλικού 63

64 Οι περιπτώσεις που μπορεί να υπάρξει ένα σύστημα σε μη μόνιμη κατάσταση είναι τρεις. 1. Απλό μοντέλο σώματος αμελητέας αντίστασης 2. Μοντέλο ημιάπειρου στερεού 3. Αναλυτικές λύσεις από μορφές σειρών ή διαγραμμάτων Η περίπτωση που ικανοποιεί το πείραμα στην συγκεκριμένη περίπτωση είναι η τρίτη, όπου χαρακτηρίζεται από απλή γεωμετρία στερεού και απλή διαταραχή. Αναλυτικές λύσεις- αγωγή σε κυλινδρικό τοίχωμα Η αδιάστατη εξίσωση διατήρηση της ενέργειας έχει την μορφή (8) με αρχικές και οριακές* συνθήκες που δίνονται από τις (9)και(10). (9) (10) Η λύση της εξίσωσης (8) δίνει τη σχέση της αδιάστατης θερμοκρασίας συναρτήσει της ακτίνας του κυλίνδρου. (11) όπου Α n (12) και τα υπολογίζονται από τις ρίζες της εξίσωσης (13) 64

65 Οι συντελεστές J o kai J 1 είναι συναρτήσεις Bessel πρώτου είδους οι τιμές των οποίων δίνονται στο Πίνακα Π.1. Συνολικά μεταφερόμενη θερμότητα Αν εφαρμοστεί το ενεργειακό ισοζύγιο για τη συνολικά μεταφερόμενη ενέργεια από τον κύλινδρο στο χρονικό διάστημα από ) έως t, οι εξισώσεις που δίνουν το λόγο Q(t)/Q max είναι: * οριακές συνθήκες: Με την οριακή συνθήκη πρέπει να περιγράφονται οι συνθήκες στην επιφάνεια σε κάθε χρονική στιγμή. (14) Αριθμός Fourier (15) Χρησιμοποιείται όταν στα πρώτα στάδια του φαινομένου η θερμοκρασία επηρεάζεται μόνο κοντά στην επιφάνεια και όσο αυξάνεται ο χρόνος τόσο η θερμοκρασία γίνεται αισθητή σε μεγαλύτερη απόσταση από την επιφάνεια, αυξάνεται το βάθος διείσδυσης δ. όπου (16) και η θερμική διαχυτότητα (m 2 /s) (17) Η θερμοκρασία της επιφάνειας παραμένει ίση με Τ i μέχρι το δ να γίνει ίσο με L. Όταν ο αριθμός είναι μεγάλος συνεπάγεται μεγάλος ρυθμός αγωγής και άρα μεγάλη διείσδυση θερμότητας. Στην περίπτωση που μελετάται ζητούμενος και ικανοποιητικός είναι ένας αρκετά μικρός αριθμός. Αριθμός Biot όπου, (18) Ο αριθμός Biot είναι μια αδιάστατη ποσότητα που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό μεταφοράς της θερμότητας. Αυτός ο λόγος καθορίζει αν οι θερμοκρασίες εντός ενός σώματος θα διαφέρουν σημαντικά σε ένα 65

66 συγκεκριμένο διάστημα ή όχι, ενώ το σώμα θερμαίνεται ή ψύχεται με την πάροδο του χρόνου. Όταν ο αριθμός Βi είναι πολύ μικρότερος της μονάδας τότε η διαφορά θερμότητας αναπτύσσεται κυρίως μεταξύ επιφάνειας στερεού και περιβάλλοντος και η θερμοκρασία στο στερεό είναι περίπου ίδια σε όλα τα σημεία. Όταν ο αριθμός Βi είναι περίπου ίσος με την μονάδα ή και μεγαλύτερος υπάρχει σημαντική διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ εξωτερικής επιφάνειας και εσωτερικού. Οι τιμές Fourier και Biot επηρεάζουν το είδος της ανάλυσης σε τρεις περιπτώσεις: 1. Αν Bi <<1 γίνεται ανάλυση με την μέθοδο αμελητέας αντίστασης αγωγής. 2. Αν το δ είναι αρκετά μικρό επιλέγεται το ημιάπειρο μοντέλο. 3. Αν Bi > 0.1 κ Fo> 0.5 (ή δ>χ o ) επιλέγεται το μοντέλο των αναλυτικών λύσεων. Νόμος του Fick Ο νόμος του Fick είναι αντίστοιχος με τον νόμο του Newton για την μεταφορά ορμής και τον νόμο του Fourier για την αγωγή θερμότητας, συνδέει το ρυθμό διάχυσης με την αντίστοιχη βαθμίδα συγκέντρωσης. Για ένα διμερές μίγμα Α και Β ο ρυθμός διάχυσης σε κάποια κατεύθυνση z είναι ανάλογος της βαθμίδας συγκέντρωσης στην κατεύθυνση αυτή. (19) Ο συντελεστής αναλογίας D AB ονομάζεται συντελεστής διάχυσης του συστατικού Α και Β. Στο σύστημα SI έχει διαστάσεις (m 2 s -1 ) τις ίδιες με το κινηματικό ιξώδες ν και τον συντελεστή θερμικής διαχυτικότητας α. Όταν το σύστημα βρίσκεται σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση, όταν έχει επομένως σταθερή ολική συγκέντρωση, ο νόμος του Fick παίρνει την μορφή: όπου, χ Α είναι το μοριακό κλάσμα c είναι η ολική συγκέντρωση (20) 6.4 Ιδιότητες υλικών στο εν λόγω πείραμα 66

67 Χρησιμοποιώντας τους κατάλληλους τύπους, κυρίως από τον Πίνακα Π.2 και κάνοντας τις αντίστοιχες μαθηματικές πράξεις δημιουργήθηκαν τα παρακάτω αποτελέσματα που βοήθησαν στην διεκπεραίωση του πειράματος. Μεγέθη των υλικών όπως ειδική θερμότητα c p, συντελεστής αγωγιμότητας λ και πυκνότητα υλικού p, βρεθήκαν με την κατάλληλη βιβλιογραφική έρευνα. Aerogel Πυκνότητα, p, (kg/m 3 ) 20 Πάχος υλικού, x, (m) 0,01 Μήκος υλικού, L, (m) 0,30 Συντελεστής αγωγιμότητας, λ, (W/mK) 0,0003 Θερμική αγωγιμότητα, kss, (W/mK) 0,03 Μάζα υλικού, m, (kg) 0,355x10-8 Ειδική θερμότητα, c p, (J/kgK) 2000 Bamboo Πυκνότητα, p, (kg/m 3 ) 800 Πάχος υλικού, x, (m) 0,01 Μήκος υλικού, L, (m) 0,30 Συντελεστής αγωγιμότητας, λ, (W/mK) 0,00182 Θερμική αγωγιμότητα, kss, (W/mK) 0,182 Μάζα υλικού, m, (kg) x10-6 Ειδική θερμότητα, c p, (J/kgK) 1860 Κέλυφος καρύδας Πυκνότητα, p, (kg/m 3 ) 650 Πάχος υλικού, x, (m) 0,01 Μήκος υλικού, L, (m) 0,30 Συντελεστής αγωγιμότητας, λ, (W/mK) 0,0068 Θερμική αγωγιμότητα, kss, (W/mK) 0,68 Μάζα υλικού, m, (kg) x 10-4 Ειδική θερμότητα, c p, (J/kgK) 1980 PLA 67

68 Πυκνότητα, p, (kg/m 3 ) 1252 Πάχος υλικού, x, (m) 0,01 Μήκος υλικού, L, (m) 0,30 Συντελεστής αγωγιμότητας, λ, (W/mK) 0,001 Θερμική αγωγιμότητα, kss, (W/mK) 0,10 Μάζα υλικού, m, (kg) x 10-4 Ειδική θερμότητα, c p, (J/kgK) 1590 Κύλινδρος Ύψος, h, (m) 0,30 Εσωτερική ακτίνα, r 1, (m) 0,048 Εξωτερική ακτίνα, r 2, (m) 0,050 Εμβαδόν S πάτου, (m 2 ) 0,01417 Εμβαδόν S εμβαδό επιφάνειας, (m 2 ) 0,11834 Νερό Πυκνότητα, p, (kg/m 3 ) 997 Μάζα, m, (kg) 2,35 Θερμική αγωγιμότητα, kss, (W/mK) 0,608 Ειδική θερμότητα, c p, (J/kgK) Πρόγραμμα #1 Για την πραγμάτωση του πρώτου πειράματος χρησιμοποιήθηκε μια επανάληψη (86400 φορές) και εσωτερικά του βρόγχου υπολογιστήκαν αρχικά η θερμότητα μεταφοράς κάθε δευτερολέπτου και έπειτα η νέα θερμοκρασία. Τέλος για την λήψη των δεδομένων, μετά των υπολογισμό των αναλυτικών εξισώσεων εκτυπώθηκαν τα διαφορετικά αποτελέσματα για το κάθε δευτερόλεπτο. Το πείραμα επιλέχθηκε να γραφτεί σε γλώσσα προγραμματισμού C, λόγω της παρελθοντικής εμπειρία και της εύκολης σύνταξης. Το πρόγραμμα έτρεξε στη πλατφόρμα Dev- C ο Υπολογιστικό Πείραμα σε C #include <stdio.h> #include <math.h> int main() { scanf("%f", &cp); printf("thermiki agwgimotita W/mK: "); scanf("%float", &kss); printf("mikos kulindrou m: "); 68

69 "); float L, t2, m, cp, p,r2,r1,kss ; float T1 = ,Q,T; int n ; printf("exwteriki aktina kulindrou "); scanf("%f", &r2); printf("eswteriki aktina kulindrou: "); scanf("%f", &r1); printf("exwterikh thermokrasia kelvin : "); scanf("%f", &t2); printf("maza nerou se kila: "); scanf("%f", &m); printf("eidiki thermotita nerou kj/(kg*k): scanf("%f", &L); p=m_pi; for (n = 1; n < 86400; n++) { Q = (t2 - t1) /((log(r2)- log(r1))*2*p*l*kss); } T+ = (Q/cp*m); printf("%f\t%f\n", Q, T); } return 0; Αποτελέσματα Τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από το παραπάνω υπολογιστικό πρόβλημα δεν ήταν καθόλου ικανοποιητικά. Τα προβλήματα που εντοπίστηκαν είναι αρχικά ότι το πρόγραμμα θα πρέπει να τρέξει αρκετές φορές (86400), με αποτέλεσμα πολλές μηχανές να μην μπορούν να εκτυπώσουν όλα τα αποτελέσματα. Έπειτα, ο βασικός περιορισμός στην περιγραφή του προβλήματος, που αναφέρεται στην μεταφορά θερμοκρασίας αυτόματα σε όλη την μάζα του νερού, δίνει σαν αποτέλεσμα ότι το σύστημα ισορροπεί στα πρώτα 10 δευτερόλεπτα. Μετά από μία έρευνα σε ότι αφορά την μεταφορά θερμοκρασίας σε μάζα νερού, βρέθηκε ότι στο πρώτο δευτερόλεπτο έχει επηρεαστεί θερμοκρασιακά μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό της μάζας νερού, στις εξωτερικές ακτίνες του κυλινδρικού όγκου. Επομένως καταλήγουμε στην αναθεώρηση των περιορισμών και στην εκτενέστερη μελέτη, προκειμένου να μελετήσουμε νούμερα πιο κοντά στην πραγματικότητα και όχι τόσο συντηρητικά. 6.6 Περιορισμοί 1. Λαμβάνεται υπόψη η επένδυση της μόνωσης 2. Η αρχική θερμοκρασία του εσωτερικού ισούται με την θερμοκρασία συντήρησης. 3. Συμπεριλαμβάνεται η αντίσταση του νερού, της επένδυσης και της μόνωσης, στην μεταφορά θερμότητας με διακριτοποίηση στο χώρο και αντίστοιχα στον χρόνο. 4. Θεωρείται ότι η μεταφορά θερμότητας από το περιβάλλον στο εξωτερικό τοίχωμα γίνεται με συναγωγή και από το εσωτερικό τοίχωμα στο νερό με αγωγή. 5. Δεν λαμβάνεται υπόψη η συνθήκη 1, 2 και 5 από τον ορισμό του προβλήματος. 69

70 6. Εξαιτίας της συνεχούς αλλαγής θερμοκρασίας του νερού σε σχέση με τον χρόνο, από τα τοιχώματα προς το κέντρο, το σύστημα βρίσκεται σε μη μόνιμη κατάσταση. 6.7 Λύση των προβλημάτων Προκειμένου να λυθεί το πρόβλημα με την μεταφορά θερμότητας στο εσωτερικό του συστήματος μελετήθηκε η εξίσωση που αναφέρεται στην μεταβολή της θερμοκρασίας στο εσωτερικό ενός (μακρύ) σωλήνα και αυτή είναι: (21) όπου η θερμοκρασία T είναι συνάρτηση της ακτίνας r και του χρόνου t. Το α είναι η θερμική διαχυτότητα δίνεται από τον τύπο α= λ/pc p. H εξίσωση 17 μπορεί να γραφεί ως πεπερασμένες διαφορές και να λυθεί υπολογιστικά με την βηματική μέθοδο όπως και στην περίπτωση σταθερής κατάστασης, με την διαφορά ότι η θερμοκρασία είναι τώρα πίνακας δύο διαστάσεων. T[r][t] : T[r][t+Δt] = {1 (2 + Δr/r) Fo} T[r][t] + (1 + Δr/r) Fo T[r+Δr][t] + Fo T[r-Δr][t] (22) όπου Fo είναι ο αριθμός Fourier, αδt/(δr) 2, Δt είναι το βήμα χρόνου που γίνεται στην αριθμητική μέθοδο (σε s) και Δr είναι η διακριτοποίηση που επιλέγεται στον χώρο, σε αυτή την περίπτωση στην ακτίνα, καθώς έχει κυλινδρική συμμετρία (σε m). Έτσι, υπολογίζουμε την θερμοκρασία στον κόμβο r και σε χρόνο t+δt (T[r][t+Δt]) από την θερμοκρασία που είχε στο προηγούμενο χρονικό βήμα ο ίδιος (T[r][t]) και οι γειτονικοί του (T[r+Δr][t], T[r- Δr][t]). Για να είναι σταθερή η λύση των πεπερασμένων διαφορών θα πρέπει να επιλεχθεί η διακριτοποίηση του χώρου και του χρόνου έτσι ώστε ο συντελεστής του T[r][t] να είναι θετικός, δηλ. ο αριθμός Fourier να είναι μικρότερος από 1/(2 + Δr/r). Οι αρχικές συνθήκες είναι ότι η θερμοκρασία παντού είναι η θερμοκρασία συντήρησης, δηλ., Τ[r] = T κρύο. Οι συνοριακές συνθήκες σε κάθε χρονική στιγμή υπολογίζονται βάσει της ισορροπίας ενέργειας σε ένα στοιχειώδη όγκο στην διεπιφάνεια νερού/ πολυμερούς, πολυμερούς/ μόνωσης και μόνωσης/ αέρα (θεωρώντας ότι υπάρχει και ένα πολύ λεπτό υμένιο πολυμερούς μεταξύ νερού και μόνωσης). Οι παρακάτω σχέσεις είναι ανά μονάδα μήκους καθώς η σχέση (17) είναι για σωλήνα απείρου μήκους (υπερεκτίμηση του χρόνου θέρμανσης): 70

71 k polymer 2π(T[r 1 ][t] T[r 2 ][t])/ln(r 2 /r 1 ) = {ρwater cp water πr 12 + ρ polymer cp polymer 2π[r (r 2 r 1 )] 0.5(r 2 r 1 )} (T[r 1 ][t+δt] T[r 1 ][t])/δt (23) όπου k polymer ο συντελεστής αγωγιμότητας του πολυμερούς, σε W/m Κ r 2 η εξωτερική ακτίνα του πολυμερικού σωλήνα, σε m r 1 η εσωτερική ακτίνα του πολυμερικού σωλήνα, σε m ρ water η πυκνότητα του νερού, σε kg/m 3 cp water η ειδική θερμότητα του νερού, σε J/kg Κ ρ polymer η πυκνότητα του πολυμερούς, σε kg/m 3 cp polymer η ειδική θερμότητα του πολυμερούς, σε J/kg Κ k polymer 2π (T[r 1 ][t] T[r 2 ][t])/ln(r2/r1) k insulation 2π (T[r 2 ][t] T[r 2 +Δr][t])/ln{(r 2 +Δr)/r 2 } = {ρ polymer cp polymer 2π[r (r 2 r 1 )] 0.5(r 2 r 1 ) + ρ insulation cp insulation 2π[r (r 2 + Δr)] 0.5Δr} (T[r 2 ] [t+δt] T[r 2 ][t])/δt (24) όπου k insulation ο συντελεστής αγωγιμότητας της μόνωσης, σε W/m Κ ρ insulation η πυκνότητα της μόνωσης, σε kg/m 3 cp insulation η ειδική θερμότητα της μόνωσης, σε J/kg Κ kinsulation 2π (T[r 3 -Δr][t] T[r 3 ][t])/ln{r 3 /(r 3 -Δr)} ho 2πr 3 (T[r 3 ][t] T περιβάλλον ) = ρ insulation cp insulation 2πr 3 0.5Δr (T[r 3 ][t+δt] T[r 3 ][t])/δt (25) όπου r 3 η εξωτερική ακτίνα της μόνωσης, σε m ho ο συντελεστής συναγωγής σε W/m 2 Κ Στην (21) θεωρούμε ότι η μόνωση είναι σε απευθείας επαφή με το περιβάλλον, ώστε να αναιρέσουμε εν μέρει την υπερεκτίμηση του χρόνου που κάνουμε λόγω της υπόθεσης μακρύ σωλήνα. Έτσι από τις (19) (21) υπολογίζουμε τις συνοριακές τιμές της θερμοκρασίας για το επόμενο χρονικό βήμα στις διεπιφάνειες (από έξω προς τα μέσα): Τ[r 3 ][t+δt], T[r 2 ][t+δt], T[r 1 ][t+δt]. Οι υπολογισμοί σταματούν όταν το Τ[r1][χρόνος ισορροπίας] γίνει ίσο με την θερμοκρασία περιβάλλοντος. 71

72 6.8 Πρόγραμμα #2 Στο δεύτερο πείραμα χρησιμοποιήθηκαν οι σχέσεις 23, 24, 25 με κάποιες εντολές επανάληψης. Επίσης δημιουργήθηκαν δύο αρχεία.txt, το ένα για την εισαγωγή δεδομένων και το άλλο για την εξαγωγή αποτελεσμάτων προκειμένου να έχουμε την δυνατότητα σύγκρισης, για διαφορετικά μεγέθη και διακριτοποιήσεις. 2 ο Υπολογιστικό Πείραμα σε C #include <stdio.h> #include <math.h> int main() { FILE *f1; FILE *input; double rwat, rint, rext, kp, kin, cpp, cpin, pwater,pp, pin, cpwater, dr, dt, Tenv, ho, ap, ain, Fo2, Fo3, tlimit, p,pil30, pil31, pil32, pil33, pil34, pil21,pil22,pil11,pil12,pil13,pil14; int r3,r1,r2,r ; long tbin,t; input = fopen("stable.txt","r"); if (input!= NULL) { fscanf(input,"%lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf %lf", &rext, &rwat, &rint, &Tenv, &cpwater, &cpp, &cpin, &kp, &kin, &pwater, &pp, &pin, &ho, &dr, &dt, &ap, &ain, &tlimit ); printf("%f\n%f\n%f\n%f\n%f\n%f\n%f\n%f\n%f\n%f\n%f\n%f \n%f\n%f\n%f\n%f\n%f\n%f\n", rext, rwat,rint, Tenv, cpwater, cpp, cpin, kp, kin, pwater, pp, pin, ho, dr, dt, ap, ain, tlimit); fclose(input); } p= M_PI; r3 = (int) round (rext/dr); r2 = (int) round (rint/dr); r1 = (int) round (rwat/dr); tbin= (long) round (tlimit/dt); printf("%d\t%d\t%d\t%d\n", r1, r2, r3, tbin ); pil31= pin* cpin* 2*p *rext* 0.5* dr; pil32= 2*kin*2*p; pil30= log(rext/(rext-dr)); pil33= log((rint+dr)/rint); pil34= ho*2*p*rext; pil21= pp*cpp*2*p*(rint-0.25*(rint-rwat))*0.5*(rint-rwat); { for (r=0; r<r3-r1+1 ; r++) { T[r]= ; while (t<tbin) T[r3- r1]=((pil13/pil30)*(pow(t[r3-r1-1],2)- pow(t[r3-r1],2))/(t[r3-r1-1]+t[r3-r1])-pil34*(pow(t[r3- r1],2)-pow(tenv,2))/(t[r3- r1]+tenv))*(dt/pil31)+t[r3-r1]; r--) for (r=r3-r1-1; r>r2-r1 ; T[r]= (Fo3*T[r- 1])+(1.0+(dr/r))*Fo3*T[r+1]+(1. 0-(2.0+(dr/r))*Fo3)*T[r]; } T[r2- r1]=((pil13/pil14)*(pow(t[0],2)- pow(t[r2-r1],2))/(t[0]+t[r2- r1])-(pil32/pil33)*(pow(t[r2- r1],2)-pow(t[r2-r1+1],2))/(t[r2- r1]+t[r2- r1+1]))*(dt/(pil21+pil22))+t[r2- r1]; r--) { /* for (r=r2-r1-1; r>0 ; { T[r]= (Fo2*T[r- 1])+(1.0+(dr/r))*Fo2*T[r+1]+(1. 0-(2.0+(dr/r))*Fo2)*T[r]; } */ T[0]=((pil13/pil14)*(po w(t[0],2)-pow(t[r2-72

73 pil22= pin*cpin*2*p*(rint+0.25*(rint+dr))*0.5*dr; pil11= pwater*cpwater*p*(pow(rwat,2)); pil13= kp*2*p; pil14= log(rint/rwat); printf("%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\n", pil31,pil32,pil30,pil33,pil34,pil21,pil22,pil11,pil12,pil13,pil14); double T[r3-r1+1]; t=0; } Fo2 = ain*dt/(pow(dr,2)) ; Fo3 = ap*dt/(pow(dr,2)) ; printf("%f\t%f\n", Fo2, Fo3 ); f1=fopen("data.txt", "w"); pp*cpp*2*p*(rwat+0.25*(rint-rwat))*0.5*(rint- pil12= rwat); r1],2))/(t[0]+t[r2- r1]))*(dt/(pil11+pil12))+t[0]; } t++; fprintf(f1,"%f\t%f\t%f\t%f\t%f \t%f\t%f\t%f\n", t*dt, T[0],T[r2-r1-3], T[r2-r1-2], T[r2- r1-1], T[r2-r1],T[r3-r1-1], T[r3- r1] ); } fclose(f1); return 0; Αποτελέσματα Τα αποτελέσματα του δεύτερου πειράματος αποδεικνύονται ικανοποιητικότερα με εξίσου σημαντικά προβλήματα. Το βασικό πρόβλημα που εντοπίστηκε είναι αλγεβρικό αλλά και προγραμματιστικό. Η λογική φαίνεται να είναι σωστή παρόλα αυτά λόγω των εξαιρετικά μικρών αριθμών που καλείται να υλοποιήσει σε πράξεις ο υπολογιστής, σε συνδυασμό με ένα αρκετά μεγάλο μέγεθος (pil11) δημιουργείται αλγεβρικό πρόβλημα. Έπειτα λόγω των πολύ μικρών μεταβολών κατά την διακριτοποίηση το υπολογιστικό σύστημα δείχνει να ισορροπεί αρκετά νωρίς αριθμητικά, δηλαδή εσωτερικά το νερό παραμένει σε σταθερή θερμοκρασία ενώ εξωτερικά στην επένδυση και στον μονωτή οι θερμοκρασίες αλλάζουν, χωρίς όμως το σύστημα να ισορροπήσει με το περιβάλλον. Προκειμένου να υπάρξει ένα ικανοποιητικό συμπέρασμα σχετικά με τα επιλεγόμενα υλικά, επιλέχθηκε να γίνει μια σύγκρισης με τα αρχικά εξαγόμενα δεδομένα του προγράμματος σε συγκεκριμένο χρόνο με την ίδια διακτιτοποίηση. Σε αυτή τη φάση του πειράματος αποδείχτηκε ότι το bamboo και το κέλυφος καρύδας είναι καλύτεροι θερμομονωτές από το aerogel, αφού για τον ίδιο χρόνο τα δύο υλικά έχουν χαμηλότερες θερμοκρασίες απ' ότι το aerogel. To γεγονός αυτό καθιστά άτοπο όλο το πείραμα. Για την τελική πειραματική προσέγγιση, βρέθηκε για συγκεκριμένο χρόνο (1800 sec) το βάθος διείσδυσης έχοντας σαν μονωτή το aerogel και χρησιμοποιώντας τον τύπο (16). Έπειτα βρέθηκε ότι το ίδιο βάθος διείσδυσης χρειάζεται πολύ λιγότερο χρόνο (7 τάξεων μεγέθους μικρότερος) για το bamboo και το κέλυφος καρύδας, όπως φαίνεται στον Πίνακα Π.3. Το γεγονός αυτό αποδεικνύει ότι η αερογέλη μπορεί να διατηρήσει καλύτερη θερμοκρασία από τα άλλα υλικά του πειράματος. Πίνακας Π.3 Αποτελέσματα από τον τύπο (16) 73

74 Υλικό δ (m) t (sec) Αerogel 0, Βamboo 0,02 0,00204 Κέλυφος καρύδας 0,02 0, Συμπεράσματα Τελικά, έπειτα από την ολοκλήρωση των πειραμάτων φαίνεται ότι η αερογέλη όντως μπορεί να είναι ένα πολύ ικανοποιητικό υλικό για την εμφιάλωση νερού, αλλά χωρίς εμπεριστατωμένα αποτελέσματα. Τα πειράματα που εξήχθησαν στην παρούσα προσπάθεια μελέτης υλικών, δεν είναι ικανοποιητικά για την τελική απόφαση υλικού. Παρόλα αυτά μέσα από την ολιστική έρευνα μπορούν να οριστούν κάποιες αρχικές, συντηρητικές προδιαγραφές για την μελλοντική σχεδίαση του συστήματος Προδιαγραφές Το σύστημα θα πρέπει: 1. Να εξασφαλίζει την αναλλοίωτη ποιότητα νερού. 2. Να μην επηρεάζεται σημαντικά από της εξωτερικές περιβαλλοντικές συνθήκες. 3. Να είναι εύκολο στην μετακίνηση. 4. Να υπάρχει η δυνατότητα σχεδιασμού διαφόρων όγκων λίτρου. 5. Να υπάρχει η δυνατότητα ελέγχου του εσωτερικού από τον καταναλωτή ακόμη και πριν την χρήση του. 6. Να είναι φιλικό προς το περιβάλλον. 7. Ο κύκλος ζωής του υλικού να πλησιάζει όσο το δυνατό περισσότερο τον κύκλο ζωής του συστήματος. 8. Να τηρεί όλες τις νομικές προδιαγραφές που μελετηθήκαν. 7 Επίτευξη στόχων Η παρούσα ερευνητική μελέτη δεν κατάφερε να πετύχει στο σχεδιαστικό στόχο που τέθηκε εξαρχής, στα πλαίσια του εκπαιδευτικού χρόνου που δόθηκε, παρόλα αυτά πραγματοποιήθηκε μια εκτενής έρευνα αναλύοντας τις 74

75 ανάγκες που δημιουργούνται στον προβληματικό χώρο του θέματος και σε υλικά που θα μπορούσαν να καλύψουν τις ανάγκες αυτές. Τέλος το πειραματικό κεφάλαιο της ερευνητικής μελέτης αναδεικνύει το aerogel ως ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για την εμφιάλωση νερού με ανάγκη για περεταίρω πειραματισμό. 8 Παραρτήματα 8.1 Πίνακες Πίνακας Π.1 Συναρτήσεις Bessel 1 ου είδους. χ J 0 (x) J 1 (x) x J 0 (x) J 1 (x) 0 1,000 0,000 2,60-0,097 0,471 0,1 0 0,2 0 0,3 0 0,4 0 0,5 0 0,6 0 0,7 0 0,8 0 0,9 0 1,0 0 1,1 0 1,2 0 1,3 0 1,4 0 0,998 0,050 2,70-0,142 0,442 0,990 0,100 2,80-0,185 0,410 0,978 0,148 2,90-0,224 0,375 0,960 0,196 3,00-0,260 0,339 0,939 0,242 3,10-0,292 0,301 0,912 0,287 3,20-0,320 0,261 0,881 0,329 3,30-0,344 0,221 0,846 0,369 3,40-0,364 0,179 0,808 0,406 3,50-0,380 0,137 0,765 0,440 3,60-0,392 0,095 0,720 0,471 3,70-0,399 0,054 0,671 0,498 3,80-0,402 0,013 0,620 0,522 3,90-0,40 2-0,027 0,567 0,542 4,00-0,397-0,066 1,5 0,512 0,558 4,10-0,389-0,103 75

76 0 1,6 0 1,7 0 1,8 0 1,9 0 2,0 0 2,1 0 2,2 0 2,3 0 2,4 0 2,5 0 0,455 0,570 4,20-0,376-0,139 0,398 0,578 4, ,172 0,340 0,582 4,40-0,342-0,203 0,282 0,581 4,50-0,320-0,231 0,224 0,577 4,60-0,296-0,256 0,167 0,568 4,70-0,269-0,279 0,110 0,556 4,80-0,240-0,298 0,055 0,540 4,90-0,210-0,315 0,002 0,520 5,00-0,178-0,328-0,048 0,497 Πίνακας Π.2 Βασικοί τύποι που χρησιμοποιήθηκαν για την επίλυση του προβλήματος. Μέγεθος Μαθηματική εξίσωση SI Όγκος κυλίνδρου (V) m 3 Μάζα (m) Εμβαδόν κυλίνδρου (S) m 2 Μεταφορά θερμότητας με συναγωγή kg Θερμοκρασία Κelvin Μεταφορά Θερμότητας * όπου, r 1 η εσωτερική ακτίνα κυλίνδρου, r 2 η εξωτερική ακτίνα κυλίνδρου, 76

77 h 0 o συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή, h το ύψος του κυλίνδρου, p η πυκνότητα του υλικού, χ το πάχος του υλικού. 8.2 Ερωτηματολόγιο Εικόνα 8.1 Ερωτηματολόγιο 77

78 Εικόνα 8.2 Ερωτηματολόγιο 78

79 Εικόνα 8.3 Ερωτηματολόγιο 79

80 Εικόνα 8.4 Ερωτηματολόγιο link: A03dYSFK2DU_ROZWjBg/viewform?usp=sf_link Στατιστικά Εικόνα 8.5 Απαντήσεις στην ερώτηση 1 του ερωτηματολογίου. 80

81 Εικόνα 8.6 Απαντήσεις στην ερώτηση 2 του ερωτηματολογίου. Εικόνα 8.7 Απαντήσεις στην ερώτηση 3 του ερωτηματολογίου. Εικόνα 8.8 Απαντήσεις στην ερώτηση 4 του ερωτηματολογίου. 81

82 Εικόνα 8.9 Απαντήσεις στην ερώτηση 5 του ερωτηματολογίου. Εικόνα 8.10 Απαντήσεις στην ερώτηση 6 του ερωτηματολογίου. Εικόνα 8.11 Απαντήσεις στην ερώτηση 7 του ερωτηματολογίου. 82