ΟΞΟΒΙΟΔΙΑΣΠΩΜΕΝΑ ΠΛΑΣΤΙΚΑ ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΗΝ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ

Transcript

1 ΟΞΟΒΙΟΔΙΑΣΠΩΜΕΝΑ ΠΛΑΣΤΙΚΑ ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΗΝ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ Νίκος Κατσαρός Επιστημονικός Συνεργάτης ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και Συνδεσμου Βιομηχανιών Πλαστικών Ελλάδος

2 A.ΥΔΡΟ-ΒΙΟΔΙΑΣΠΩΜΕΝΑ ΠΛΑΣΤΙΚΑ Υδρόλυση Αναερόβια ζύμωση Άμυλο Γλυκόζη Γαλακτικό Νάτριο Αμυλάσες Λακτοβάκιλλοι Γαλακτικό Οξύ (PLA) Άμυλο Γαλακτικό Οξύ

3 Πρώτη Ύλη: Καλαμπόκι,στάρι,καλαμοσάκχαρο,ζαχαρότευτλα,ταπιόκα κλπ. Μη τρόφιμα. Άμυλο Πηκτωματοποιείται Ρευστοποιείται Δεξτρινοποιείται Μίγμα Ολιγοσακχαριτών (Μαλτοδεξτρινών) μειωμένου ιξώδους και επιθυμητής περιεκτικότητος ισοδυνάμων γλυκόζης (dextrose equivalent, DE). Αυτό επιτυγχάνεται με την χρήση κατάλληλων αμυλασών.

4 Ζύμωση Υδατικό διάλυμα σακχάρων Γαλακτικό Οξύ Αναερόβιες συνθήκες Γαλακτοβάκιλλοι Η ζύμωση μπορεί να γίνει σε κλειστή (batch) ή συνεχή (continuous) καλλιέργεια. Το προϊόν ζύμωσης διάλυμα LA υπό μορφή Γαλακτικού Νατρίου περιέχει προσμίξεις: γλυκόζη, πρωτεϊνες, κυτταρική βιομάζα. Ακολουθεί διαδικασία καθαρισμού ώστε το sodium lactate να μετατραπεί σε LA.

5 Συμπύκνωση Γαλακτικό Οξύ Ολιγομερές LA Δ Ολιγομερές LA Κυκλικό Διμερές Dilactide ROP Κυκλικό Διμερές PolyLactide PLA Ring Opening Polymerization Οι ιδιότητες του PLA εξαρτώνται από την καθαρότητα του μονομερούς.

6 Το PLA υψηλού μοριακού βάρους επειδή είναι άμορφο, υγροσκοπικό, θερμοπλαστικό, κρυσταλλοποιείται και ξηραίνεται πριν τη διάθεσή του. Το PLA μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον συμβατικό εξοπλισμό παραγωγής με μικρές τροποποιήσεις στις ακόλουθες διαδικασίες: injection (molding and stretch blow molding), extrusion (blow molding and thermoforming), film (casting, blowing), foaming. Χημικές Ιδιότητες PLA Το PLA είναι γραμμικός αλειφατικός πολυεστέρας με μοριακό βάρος από Με την αύξηση του μοριακού βάρους αυξάνεται η αντοχή του, η αντίσταση στους διαλύτες, το Tm και το Tg. Επίσης το ιξώδες αυξάνεται και η ευκολία επεξεργασίας (εξώθηση, διαμόρφωση κλπ.) μειώνεται.

7 ΦΥΣΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ PLA Πυκνότητα d=1.25gr/cm 3. Είναι διαφανές και λαμπερό. Οι οπτικές ιδιότητες του επηρεάζονται από τα πρόσθετα και την επεξεργασία παραγωγής του. To PLA είναι θερμοπλαστικό. Η αντοχή κρούσης, η σκληρότητα, η ακαμψία και η ελαστικότητά του, το καθιστούν κατάλληλο για πλαστικά μπουκάλια, πλαστικές σακούλες, συσκευασίες κλπ. Το PLA έχει σχετικά χαμηλή θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης Tg (~ 60 C) και υποβαθμίζεται γρήγορα η ποιότητά του σε συνθήκες υψηλής υγρασίας. Αυτό δημιουργεί προβλήματα στη μεταφορά, αποθήκευση, παραγωγή τελικών προϊόντων.

8 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Το PLA έχει υψηλά όρια αντίστασης σε οσμές και γεύσεις. Επίσης υψηλή αντίσταση στα λίπη και έλαια γι αυτό βρίσκει εφαρμογές στη συσκευασία παχύρευστων, ελαιούχων υγρών. Είναι κατάλληλο για την συσκευασία ξηρών προϊόντων και προϊόντων μικρής διάρκειας διατήρησης. Η αντίσταση στους διαλύτες, στα οξέα και τις βάσεις είναι από μικρή έως μέτρια, καθιστώντας το ακατάλληλο για όξινα (χυμοί, κλπ.) και βασικά (υγρά, απορρυπαντικά κλπ.) ως υλικό συσκευασίας. Το PLA μπορεί να λιπασματοποιηθεί σύμφωνα με το EN13432.

9 Το PLA είναι δύσκολο ν ανακυκλωθεί και δημιουργεί προβλήματα στην ανακύκλωση των συμβατικών πλαστικών. Για να βελτιωθούν οι φυσικές, χημικές και μηχανικές ιδιότητες του γίνονται συνδυασμοί με πρόσθετα και άλλα υλικά συμπολυμερισμού. Το PLA είναι έως τρείς φορές ακριβότερο των συμβατικών πλαστικών, έχει μειωμένες μηχανικές ιδιότητες και πολύ περιορισμένες εφαρμογές σε σχέση με τα συμβατικά πλαστικά.

10 B.ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα πλαστικά αποτελούν σημαντικό και αναπόφευκτο τμήμα του σημερινού τρόπου ζωής. Χρησιμοποιούνται σε κάθε είδους συσκευασίες, έπιπλα, σκεύη καθημερινής χρήσης και σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές. Τα πλεονεκτήματα που έχουν, είναι το χαμηλό κόστος, το γεγονός ότι είναι ελαφρά, διαφανή ή και αδιαφανή, ανθεκτικά, αδιαπέραστα στο νερό και σε πολλά αέρια, στεγανοποιούνται και η επιφάνεια τους μπορεί να τυπωθεί. Τα πλεονεκτήματα αυτά αποτελούν και την δύναμη των πλαστικών. Παρόλα αυτά, δημιουργούν πρόβλημα όταν απορρίπτονται στο περιβάλλον μετά την χρήση τους όπου και παραμένουν για περισσότερο από εκατό χρόνια πριν διασπασθούν. Η επιστήμη έχει σήμερα δώσει λύση στο σοβαρό πρόβλημα της ρύπανσης, των πλαστικών: είναι τα όξο ή τα φωτο-βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά που στο εξής θα αναφέρονται ως ΟΒΑ πλαστικά.

11 Β.ΟΞΟ-ΒΙΟΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΙΜΑ ΠΛΑΣΤΙΚΑ Η πλέον χρήσιμη και οικονομική από τις νέες τεχνολογίες διάσπασης του πλαστικού είναι η τεχνολογία που αποικοδομεί το πλαστικό με την διαδικασία της οξο-βιοαποικοδόμησης. Η τεχνολογία αυτή βασίζεται στην προσθήκη μικρής ποσότητας προσθέτου το οποίο εισαγόμενο στο πλαστικό κατά την διαδικασία παραγωγής πρώτης ύλης (π.χ. κόκκων) αλλάζει την συμπεριφορά του πλαστικού. Η αποικοδόμηση του πλαστικού αρχίζει όταν η προγραμματισμένη διάρκεια ζωής του έχει ολοκληρωθεί (με την προσθήκη της απαιτούμενης ποσότητας "προσθέτου") και το πλαστικό προϊόν δεν χρειάζεται πλέον.

12 Το πλαστικό θα αποικοδομηθεί από βακτήρια και μύκητες αφού προηγούμενα το "πρόσθετο" έχει διασπάσει τα μακρομόρια του πλαστικού σε άλλα μικρότερα (της τάξεως του Dalton και λιγότερο) όπου είναι επίπεδα που μπορούν να καταναλωθούν ως θρεπτικά υλικά από τους μικροοργανισμούς. Επομένως, το υλικό χαρακτηρίζεται βιοαποικο-δομήσιμο αφού παύει να είναι πλαστικό και μετατρέπεται σε θρεπτικό υλικό. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται έως ότου το υλικό έχει βιο-αποικοδομηθεί από τους μικροοργανισμούς σε διοξείδιο του άνθρακα, νερό και οργανική ύλη (χώμα). Δεν μένουν υπολείμματα πλαστικού στο χώμα.

13 Οξο-βιοδιασπώμενα πλαστικά χρησιμοποιούνται για την παρασκευή κάθε είδους σακουλών για πολυκαταστήματα, για απορρίμματα κτλ. Επίσης, πλαστικό οξο-βιοδιασπώμενο φιλμ χρησιμοποιείται για την συσκευασία τροφίμων σε θερμοκρασίες μέχρι 40 C. Επίσης το φιλμ αυτό είναι ιδανικό υλικό για την συσκευασία κατεψυγμένων τροφίμων που χρειάζονται να διατηρηθούν για μεγάλο χρονικό διάστημα στις χαμηλές θερμοκρασίες και αποικοδομείται γρήγορα όταν απορριφθεί στο περιβάλλον. Ο χρόνος ο οποίος απαιτείται για την οξο-βιοαποικοδόμηση του πλαστικού προϊόντος μπορεί να «προγραμματιστεί» κατά το στάδιο παραγωγής του προϊόντος και μπορεί η διάρκεια ζωής του να είναι από μερικούς μήνες μέχρι και μερικά χρόνια.

14 Μπορεί να κυκλοφορούν σε αδιαφανή συσκευασία υπό στεγανοποίηση και μπορούν να διατηρηθούν για μεγάλο χρονικό διάστημα ανεπηρέαστα απουσία φωτός και αέρα, μέχρις ότου χρησιμοποιηθούν. Τα οξοβιοαποικοδομήσιμα πλαστικά δεν περιέχουν χλώριο και όταν αποικοδομούνται δεν ελευθερώνουν μεθάνιο ή υποξείδια του αζώτου υπό αερόβιες ή αναερόβιες συνθήκες. Τα οξο-βιοαποικοδομήσιμα προϊόντα αφού συλλεχθούν μπορούν να ανακυκλωθούν, λιπασματοποιηθούν, ή και να καούν και εάν δεν συλλεχθούν μετατρέπονται αντίθετα σε θρεπτικά υλικά χωρίς να αφήσουν βλαπτικά υπολείμματα.

15 Προϊόντα τα οποία κατασκευάζονται από φωτο-βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά χρησιμοποιούν τις ίδιες μηχανές όπως και τα συμβατικά πλαστικά. Επομένως δεν απαιτούνται ιδιαίτερες μηχανές ή ιδιαίτερη εξειδίκευση του εργατικού προσωπικού. Τα οξο-βιοσπώμενα πλαστικά έχουν ως πρώτη ύλη την νάφθα (πίσσα) παραπροϊόν διύλισης του πετρελαίου. Τα ΟΒΑ-πλαστικά αποικοδομούνται με την διαδικασία που περιγράφεται στη συνέχεια:

16 Τα πλαστικά που ανήκουν στην κατηγορία των πολυολεφινών (πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυστυρένιο) είναι εκείνα στα οποία προστίθεται ο καταλύτης ο οποίος επιταχύνει την οξείδωση του πολυμερούς (πλαστικού) σπάζοντάς το σε μικρότερα μόρια τα οποία σε αντίθεση με το πολυμερές μπορούν να διαβρέχουν. Αυτά τα μικρότερα μόρια διαβρεχόμενα αποτελούν πηγή ενέργειας (τροφή, θρεπτικό υλικό) για τους μικροοργανισμούς. Τα πρόσθετα (καταλύτης) τα οποία επιταχύνουν την οξειδωτική αντίδραση είναι οργανικά παράγωγα ενώσεων των στοιχείων μεταπτώσεως. Τα στοιχεία μεταπτώσεως είναι μεταλλικές ενώσεις απαραίτητα μικροθρεπτικά υλικά (ιχνοστοιχεία) για τους μικροοργανισμούς και τους οργανισμούς γενικά.

17 Η αποικοδόμηση των ΟΒΑ πλαστικών γίνεται όπως αναφέρθηκε σε δύο στάδια: Οξο-Βιοαποικοδομήσιμο πλαστικό 0 2 Καταλύτης Οξειδωμένα προϊόντα Ένζυμα μικροοργανισμών CΟ 2, Η 2 Ο + βιομάζα

18

19 Τα οξο-βιοδιασπώμενα πλαστικά μπορούν να παράγουν ενέργεια με καύση ή να ανακυκλωθούν μηχανικά ή να λιπασματοποιηθούν ή να επανακτηθούν και το κόστος για τις διαδικασίες αυτές είναι παρόμοιο με αυτό άλλων πλαστικών υλικών. Το ιδιαίτερο όμως χαρακτηριστικό των ΟΒΑ-πλαστικών είναι ότι εάν δεν συλλεχθούν, αποικοδομούνται και δεν ρυπαίνουν το περιβάλλον, ενώ τα προϊόντα αποικοδόμησης είναι πηγή θρεπτικών υλικών όπως τα φύλλα, το άχυρο, το ξύλο κλπ. και συνεπώς γίνεται επανάκτηση όπως ορίζεται από την Οδηγία της Ε.Ε. του 1999 για τα απόβλητα.

20 ΕΥΡΩΠΑΪΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ Το Ευρωπαϊκό πρότυπο EN έχει εφαρμογή στην λιπασματοποίηση των υδροβιοδιασπώμενων πλαστικών συσκευασίας και δημοσιεύτηκε πριν γίνουν ευρέως γνωστά τα ΦΒΑ.

21 ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΕΝ13432 Το Ευρωπαϊκό πρότυπο έχει εφαρμογή στην λιπασματοποίηση των υλικών συσκευασίας. Σύμφωνα με το πρότυπο αυτό το υλικό συσκευασίας για να είναι λιπασματοποιήσιμο πρέπει να πληροί τους παρακάτω όρους. 1. Να είναι διασπώμενο (disintegradable) δηλ. να διασπάται σε μη διακρινόμενα μέρη τα οποία υποστηρίζουν την ανάπτυξη μικροβίων. 2. Να είναι βιοαποικοδομήσιμο (biodegradable) δηλ. να μετατρέπεται ο άνθρακας του πλαστικού σε διοξείδιο του άνθρακος σε ποσοστό 90 % μέσα σε χρονικό διάστημα 180 ημερών. 3. Να είναι ασφαλές για το περιβάλλον δηλ. να μην παρουσιάζει οικοτοξικότητα είτε στο λίπασμα είτε στο χώμα που υποστηρίζει την ανάπτυξη των φυτών. 4. Να μην είναι τοξικό δηλαδή να μην περιέχει βαρέα μέταλλα σε ποσοστό μεγαλύτερο του 50% των συνιστώμενων ορίων.

22 ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΕΝ13432 Τα ΟΒΑ πλαστικά πληρούν όλους τους όρους του προτύπου ΕΝ13432 εκτός του όρου 2. Τα ΟΒΑ πλαστικά λιπασματοποιούνται αλλά σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Χρονικό διάστημα έξι μηνών ορίσθηκε με βάση την κυτταρίνη. Φυσικά προϊόντα: φύλλα, κλαδιά, χαρτιά, λιγνίτη, κολλαγόνο, πρωτεΐνες ζώων, μέταλλο κ.λ.π. δεν μετατρέπουν τον άνθρακα που περιέχουν σε διοξείδιο του άνθρακος στο διάστημα που προβλέπει το πρότυπο ΕΝ13432 αλλά μεγαλύτερο. Τα ΟΒΑ παράγουν μεγαλύτερη ποιότητα λιπάσματος απ ότι τα υδροβιοδιασπώμενα πλαστικά. Σύμφωνα με πρότυπα ΕΝ13432 όσο και με ASTM 5338/ISO 14852, βιοαποικοδομήσιμα είναι εκείνα τα υλικά που καταναλώνονται από μικροοργανισμούς που υπάρχουν στη φύση. Τα ΟΒΑ πλαστικά είναι βιοαποικοδομήσιμα και λιπασματοποιήσιμα αλλά όχι λιπασματοποιήσιμα σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ13432.

23 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΟΒΑ-ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ Συμπερασματικά τα ΟΒΑ-πλαστικά έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: 1. Τα ΟΒΑ-πλαστικά αποικοδομούνται σε οποιοδήποτε εξωτερικό ή εσωτερικό χώρο παρουσία αέρος. Αυτός είναι ένας πολύ σημαντικός παράγων διότι μεγάλες ποσότητες των πλαστικών δεν μπορούν να συλλεχθούν. 2. Τα ΟΒΑ-πλαστικά μπορούν να προγραμματισθούν για τη διάρκεια ζωής τους, κατά την παραγωγή τους. 3. ΟΒΑ πλαστικά είναι πιο ανθεκτικά και έχουν πολλές χρήσεις. 4. Είναι φθηνά. 5. Είναι λεπτά. 6. Παράγονται και σε διαφανή μορφή ώστε τρόφιμα ή άλλα υλικά μπορούν να παρατηρηθούν. 7. Μπορούν να ανακυκλωθούν και να αναπαραχθούν.

24 8. Μπορούν να λιπασματοποιηθούν. Επειδή τα ΟΒΑ πλαστικά αποικοδομούνται με αργούς ρυθμούς, ο άνθρακας μετατρέπεται σε οργανική πρώτη ύλη. 9. Λίγη ενέργεια απαιτείται για να παραχθούν και να μεταφερθούν. 10. Δεν υπάρχουν γενετικά -τροποποιημένα συστατικά. 11. Δεν αποδίδουν μεθάνιο όταν οξειδώνονται. 12. Δεν περιέχουν οργανο-χλωριόμενα συστατικά. 13. Είναι ασφαλή για απευθείας επαφή με τρόφιμα. 14. Ιδανικά για υλικό συσκευασίας κατεψυγμένων τροφίμων όπου διατηρούνται για μεγάλο χρονικό διάστημα και αρχίζουν να αποικοδομούνται μόνο όταν απορριφθούν στο περιβάλλον. 15. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικό συσκευασίας σε μηχανές ταχύτητας (όπως σε συσκευασία άρτου. 16. Μπορούν να καούν με υψηλή ενεργειακή απόδοση. 17. Μπορούν να παραχθούν από τα ίδια μηχανήματα και το ίδιο εργατικό δυναμικό όπως τα συμβατικά πλαστικά.

25 ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΑ ΑΠΟ ΟΒΑ-ΠΛΑΣΤΙΚΑ Πλαστικές σακούλες για κάθε είδους ψώνια, και σκουπίδια. Σάκους απορριμμάτων που αγοράζονται σε ρολά για κάθε είδους απορρίμματα. Σακούλες για οργανικά απορρίμματα (αποφάγια κλπ). Μπλούζες για χρήση σε κέντρα μαζικής εστίασης, νοσοκομεία, κήπους, εργαστήρια κλπ. Σακούλες για απορρίμματα ζώων (σκύλοι, γάτες κλπ) που συλλέγονται σε κήπους, πάρκα κλπ. Σακούλες που τοποθετούνται σε κάδους απορριμμάτων. Γάντια. Πλαστικά φύλλα για χρήση στη γεωργία και την ανθοκομία. Πλαστικό φιλμ για συσκευασία εφημερίδων, εντύπων και περιοδικών. Συσκευασία άρτου. Συσκευασία τροφίμων. Συσκευασία κατεψυγμένων τροφίμων. Συσκευασία σε στεγανό περιβάλλον (Shrim R- wrap). Συσκευασία με φυσαλίδες αέρα για μεταφορά εύθραυστων αντικειμένων (Bubblewrap). Μαχαιροπήρουνα, πιάτα, ποτήρια κλπ.