پلاستیک های زیست تخریب پذیر می توانند بر پایه زیستی یا سوخت های فسیلی باشند. انواع جدیدی از پلاستیک ها در سال های اخیر برای رفع مشکل آلودگی پلاستیک با تلاش برای کوتاه کردن زمان لازم برای تخریب آنها به ویژه در شرایط طبیعی تولید شده اند. با این حال، همه پلاستیک های زیست تخریب پذیر فعلی به این هدف دست پیدا نکرده اند.
تعریف پلاستیک های زیست تخریب پذیر
پلاستیک های زیست تخریب پذیر آنهایی هستند که می توانند در اثر فعالیت میکروبی تجزیه شوند تا محصولات نهایی طبیعی مانند آب و دی اکسید کربن را در یک دوره زمانی معقول تولید کنند.زمان لازم برای تجزیه کامل به مواد، شرایط محیطی مانند دما و رطوبت و محل تجزیه طبق موسسه محصولات زیست تخریب پذیر (BPI صفحه 2) بستگی دارد.
پلاستیک های قابل کمپوست سازی آنهایی هستند که به سرعت تجزیه شده و به هوموس تبدیل می شوند که توسط فلزات آلوده نمی شوند. همه پلاستیک های زیست تخریب پذیر قابل کمپوست نیستند. فقط برخی هستند.
مواد باید دارای مشخصات ASTM D6400 یا D6868 باشند تا زیست تخریب پذیر و کمپوست پذیر در خشکی نامیده شوند و دارای مشخصات ASTM D7081 برای محیط های دریایی باشند. ASTM یک گروه استاندارد محصول در سراسر جهان است.
پلاستیک های پلی استر پایه زیستی که تجزیه زیستی دارند
پلاستیک هایی که از گیاهان به دست می آیند، پلاستیک های زیستی نامیده می شوند. همه اینها زیست تخریب پذیر نیستند. برای مثال، بطری‌های PET با پایه زیستی ساخته شده‌اند تا بادوام باشند.پلاستیک های زیستی که تجزیه زیستی می شوند از دو ماده تشکیل شده اند: زیست توده و پلی استرهای مشتق شده از گیاهان. دو نوع پلی استر زیستی وجود دارد: پلی لاکتید اسید (PLA) و پلی هیدروکسی آلکانوات (PHA).
پلی هیدروکسی آلکانوات (PHA)
PHA به طور طبیعی توسط باکتری ها و گیاهان ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی (GMO) تولید می شود، اما برنامه هایی برای آزمایش تولید از ضایعات مواد غذایی وجود دارد. پلی هیدروکسی بوتیرات یا PHB نیز نوعی PHA است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. تولید PHA ها گران است زیرا فقط مقادیر محدودی را می توان از باکتری ها تولید کرد.
- موارد استفاده:PHA ها به عنوان بسته بندی مواد غذایی، فنجان، بشقاب، پوشش برای کاغذ و مقوا، و "بسیاری از مصارف پزشکی، از جمله بخیه، گاز، و پوشش برای داروها" استفاده می شود. بر اساس گزارش مرکز همکاری های صنعت و آموزش (گزارش CIEC). این می تواند جایگزین بسیاری از انواع اصلی پلاستیک مبتنی بر سوخت فسیلی شود که در حال حاضر استفاده می شود، مانند PE، PS، PVC، و PET. Bio Based Press اشاره می کند.
- پلاستیک نشاسته/سلولز مخلوط شده با PHA: برخی از اقلام پلاستیکی کاملاً از PHA ساخته شده‌اند، همانطور که در مورد بطری‌های آب، یادداشت‌های Bio Based Press. با این حال، از آنجایی که تولید PHA گران است، برای اقتصادی تر کردن آن با نشاسته و سلولز نیز مخلوط می شود. این مزیت افزوده بهبود سرعت تجزیه طبق مجله علمی دارتموث (DUJS) است.
- تجزیه زیستی: در محیط هایی که سرشار از میکروب ها و قارچ ها به خصوص خاک هستند کاملا قابل کمپوست شدن است. این میکروب ها با کمک آنزیم ها PHA را تجزیه می کنند. زمان لازم برای تجزیه بستگی به غلظت میکروب ها در محیط دارد.
- به گزارش Bio Based Press PHA دو ماه طول می کشد تا در حیاط خلوت تجزیه شود.
- سرعت تجزیه در آبهای دریایی که کمتر از 50 درصد پس از شش ماه تجزیه می شود بسیار کندتر است CalRecycle (صفحه 6). PHA تست ASTM D7081 را با نشان دادن 30% تجزیه در شش ماه انجام داد (صفحه 7).
پلی لاکتید اسید (PLA)
DUJS توضیح می دهد که PLA یک ترموپلاستیک است که از طریق تخمیر توسط باکتری ها ساخته می شود. PLA در واقع یک زنجیره طولانی از بسیاری از مولکول های اسید لاکتیک است. از آنجایی که وسایل ارزان قیمت زیادی برای تولید اسید لاکتیک وجود دارد، اینها فقط باید پلیمریزه یا به هم متصل شوند. بنابراین، PLA ارزان تر از PHA است. با این حال، PLA شکننده است و کاربرد آن محدودتر از PHA است. تولیدکنندگان با افزودن مواد افزودنی یا پلیمرها این مشکل را برطرف می کنند.
- موارد استفاده: در کیسه های مواد غذایی، بسته بندی مواد غذایی، بطری، فنجان و بشقاب ساخته می شود. از آنجایی که در حضور اسیدها به خوبی تجزیه می شود، در برخی از کاربردهای پزشکی مانند بخیه ها و صفحات پزشکی استفاده می شود، جایی که پس از 90 روز حل می شود. همچنین در پرینت سه بعدی اجسام استفاده می شود.
- PLA و ترکیبات پلیمری: PHA همچنین می تواند با پلیمرهای منابع تجدیدپذیر ترکیب شود تا کیفیت آن طبق DUJS بهبود یابد.
- تجزیه زیستی: PLA را نمی توان به راحتی در حیاط خلوت کمپوست کرد زیرا دما و سطح آب مورد نیاز در این محیط در دسترس نیست.
- PLA می تواند شش تا ۱۲ ماه طول بکشد تا در خاک تجزیه شود.
- به گفته World Centric، PLA سه تا شش ماه طول می کشد تا در تاسیسات تجاری تخریب شود.
- وقتی تجزیه در حضور اکسیژن اتفاق می افتد، محصول نهایی دی اکسید کربن و آب است.
- اگر تخریب PLA در محل های دفن زباله بدون اکسیژن اتفاق بیفتد، گاز متان تولید می کند که 20 برابر بیشتر از انتشار دی اکسید کربن برای محیط زیست مضرتر از انتشار انجمن شیمی آمریکا (صفحه 2) است.
- PLA تست ASTM D7081 را قبول نکرد زیرا طبق CalRecycle (صفحه 7) تنها 3٪ پس از شش ماه در آبهای دریایی تجزیه شد.
از آنجایی که PLA به سرعت در خاک یا آب دریا تجزیه نمی‌شود، در صورت ریختن زباله می‌تواند مشکل ساز شود.
پلاستیک های زیست تخریب پذیر مبتنی بر زیست توده
پلاستیک های مبتنی بر زیست توده از نشاسته و سلولز به دست آمده از بقایای گیاهان و همچنین چوب درختان ساخته می شوند.
استات سلولز
استات سلولز (CA) یک محصول مصنوعی است که از سلولزی که در هر قسمت از گیاه یافت می شود، به دست می آید. طبق یک انتشار علمی در سال 2018، سلولز در حال حاضر از پنبه، چوب و ضایعات محصولات کشاورزی استفاده می شود. این می تواند برای تشکیل پلاستیک های جامد قالب گیری شده، فیلترهای سیگار، پوشش ها، فیلم های عکاسی و فیلترها استفاده شود. سلفون یک فیلم زیست تخریب پذیر است که از سلولز تولید می شود. طبق Phys.org، تحقیقات جدیدی برای یافتن فیلم‌های پلاستیکی جدید از ضایعات و مواد چوبی که در برابر آب مقاوم و قابل تجزیه زیستی هستند، در حال انجام است.
تجزیه زیستی: تحقیقات نشان می دهد که CA پس از 18 ماه در طبیعت تجزیه شده و 70 درصد از وزن خود کاهش می یابد.
نشاسته
یک بررسی سال 2017 به یادداشت‌هایی اشاره می‌کند که نشاسته با گرما، آب و پلاستیک‌ها برای تولید یک ترموپلاستیک تصفیه می‌شود. برای بهبود استحکام آن، با پرکننده های ساخته شده از مواد دیگر ترکیب می شود. منابع اصلی نشاسته ذرت، گندم، سیب زمینی و کاساوا هستند. این پلاستیک در بسته‌بندی، کیسه‌ها و فیلم‌های مالچ کشاورزی، ظروف غذاخوری، گلدان‌ها و قالب‌گیری برای بسته‌بندی و کالاهای مصرفی استفاده می‌شود. طبق انجمن بسته بندی مواد غذایی، به عنوان جایگزینی برای پلی استایرن (PS) دیده می شود. نشاسته به پلاستیک‌های پایه زیستی و معمولی اضافه می‌شود تا آنها را زیست تخریب‌پذیرتر کند. گزارش 2017 Phys.
زیست تخریب پذیری: پلاستیک های مبتنی بر نشاسته می توانند کمپوست شوند یا فقط زیست تخریب پذیر باشند. انواع کمپوست پذیر به 90 روز برای تجزیه در تاسیسات صنعتی نیاز دارند، در حالی که انواع زیست تخریب پذیر به 100 روز برای تجزیه 46% و تا دو سال برای تجزیه کامل نیاز دارند.
پلاستیک های زیست تخریب پذیر مبتنی بر سوخت فسیلی
طبق راهنمای Bioplastics، چند پلاستیک سوخت فسیلی جدید وجود دارد که می توانند زیست تخریب پذیر نیز باشند. رایج ترین آنها پلی بوتیلن سوکسینات (PBS)، پلی کاپرولاکتون (PCL)، پلی بوتیرات آدیپات ترفتالات (PBAT) و پلی وینیل الکل (PVOH/PVA) هستند.
- PBAT پلیمری است که از مشتقات سوخت فسیلی تولید می‌شود و گاهی در ترکیب با نشاسته نیز استفاده می‌شود. تلاش ها برای تولید این پلیمر از منابع تجدیدپذیر ادامه دارد. راهنمای Bioplastics آن را به عنوان جایگزینی برای LDPE و HDPE می بیند. از آن برای ساخت کیسه های زباله، فیلم های بسته بندی، بسته بندی یکبار مصرف و ظروف (لیوان، ظروف و غیره) استفاده می شود. این نه تنها زیست تخریب پذیر است بلکه قابل کمپوست نیز می باشد.
- PCL یک پلی استر مصنوعی است که برای ساخت کیسه های کمپوست، در کاربردهای پزشکی (بخیه و الیاف)، به عنوان پوشش سطح، چسب برای کفش و چرم، و سفت کننده برای کفش و اسپلینت های ارتوپدیاین پلاستیک توسط مخمرها قابل تجزیه است. بیش از 90 درصد فیلم ها و 40 درصد فوم ساخته شده از این ماده در 15 روز تجزیه می شود.
- PBS رزینی است که از سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود یا می‌تواند بر اساس سوکسینیتی نیز پایه زیستی شود (صفحه ۱ و ۵). می توان آن را با سایر پلیمرها یا الیاف زیستی مانند جوت ترکیب کرد تا کیفیت آن را بهبود بخشد. PBS برای ساخت بسته بندی مواد غذایی، ظروف خدماتی، ورق های مالچ کشاورزی، گلدان های گیاهی، محصولات بهداشتی مانند پوشک و تورهای ماهیگیری استفاده می شود.
- PVOH رزینی است که می توان از آن برای ساخت فیلم های بسته بندی استفاده کرد که می تواند جایگزین LDPE و HDPE شود. از دیگر کاربردهای مهم آن به عنوان پوشش و افزودنی برای تولید کاغذ و مقوا با توجه به انجمن بسته بندی مواد غذایی می باشد.
هر چهار پلاستیک مبتنی بر سوخت فسیلی در سه ماه در کمپوست سازی صنعتی، در یک سال در کمپوست سازی حیاط خلوت و طی یک تا دو سال در خاک/محل دفن زباله طبق InnProBio (صفحه 4).
بازیافت و کمپوست
خواص پلاستیک های مختلف زیست تخریب پذیر باید در نظر گرفته شود تا آنها را در پایان چرخه زندگی درمان کنیم، آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) هشدار می دهد.
- EPA توضیح می دهد که پلاستیک های زیست تخریب پذیر نباید به سطل هایی که پلاستیک های معمولی را بازیافت می کنند اضافه کرد زیرا از مواد مختلف ساخته شده اند. این برای هر دو نوع سوخت زیستی و فسیلی صادق است.
- حتی اگر پلاستیک‌ها به‌عنوان زیست تخریب‌پذیر و کمپوست‌پذیر مشخص می‌شوند، بسیاری از آنها فقط در شرایط موجود در مراکز تجاری کمپوست تجزیه می‌شوند. برای اطلاعات در مورد نزدیکترین کارخانه کمپوست با آژانس های بازیافت محلی تماس بگیرید. در سال 2017 تنها 200 مورد از این قبیل در ایالات متحده وجود داشت، بنابراین این نوع مراکز باید افزایش یابد.
- قبل از افزودن کیسه‌ها به سطل‌های کمپوست، با پیروی از دستورالعمل‌های محصول، تأیید کنید که کیسه‌ها در خانه قابل کمپوست هستند.
- بازیابی مواد از پلاستیک های زیست تخریب پذیر به دلیل کمبود امکانات از طریق بازیافت امکان پذیر نیست.
تفکیک، جمع آوری و تخریب کارآمد برای استفاده از پلاستیک های زیستی و زیست تخریب پذیر ضروری است. در غیاب آن، بیشتر پلاستیک های زیست تخریب پذیر به محل های دفن زباله ختم می شوند.
آینده پلاستیک های زیست تخریب پذیر
ماهیت زیست تخریب پذیر پلاستیک اگر به درستی دفع نشود نمی تواند مشکل آلودگی پلاستیک را حل کند. همچنین همچنان لازم است رفتار مصرف کننده بر کاهش مصرف یا بازیافت پلاستیک متمرکز شود تا از تغییر پلاستیک های سوخت فسیلی معمولی به پلاستیک های زیست تخریب پذیر بهره مند شود.
