Биопластмасите и органичните пластмаси са полимерни форми, направени от възобновими ресурси. Такива са растителните мазнини, скорбялата, извлечена от зърнени култури (царевица, грах) и др. По този начин биопластмасите се оказват успешен заместител на традиционните, базирани на нефтените продукти пластмаси. Част от биопластмасите са и биоразградими. Това означава, че след използването им опаковките от биоразградими материали буквално ще бъдат „изяждани“ от почвената микрофлора и фауна и разграждани до въглероден диоксид и вода. Биопластмасите могат да се използват за направата на продукти за еднократна употреба като опаковки, аксесоари за кетъринг, чували за смет и др. Тук трябва да отбележим разликата между биоразградимите и биобазираните полимери. Не е задължително един биобазиран полимер да е и биоразградим. Например биоизвлеченият полиетилен е органично съединение, базирано на въглерода, и въпреки това не е биоразградим. Полилактозната киселина (PLA) е извлечена от биомаса, но това не я прави биоразградима по световните стандарти. Периодът ù на разграждане може да надвиши 100 години.
Употреба
Много от биопластмасите не притежават качествата и улесненото производство на традиционните, базирани на петрола, пластмаси. Поради тази причина използването им в чист вид, без допълнителни примеси, е силно ограничено. Така например полилактозната киселина (PLA) бива използвана от малки компании за направата на бутилки за вода. Срокът им на годност върху рафта обаче е ограничен, тъй като пластмасата е проницаема за водата — бутилките бавно се деформират и започват да изпускат течността.
Биопластмасите намират широко приложение в Европа, където заемат около 60% от пазара на биоразградими материали. Най-честата крайна употреба на този тип материали е при опаковането. Широкоразпространени са и в държавите от Далечния изток като Япония, където намират приложение в производството, електрониката и автомобилостроенето.
Влияние върху околната среда
Производството на биопластмаси в повечето случаи се смята за по-устойчиво в сравнение с това на пластмасите, базирани на петрола. Все още обаче производството на изходните материали е финансово необосновано в сравнение с използването на петрола като източник на енергия и материали. Допълнителните разходи се генерират под формата на енергия, необходима за работата на земеделските машини, напоителните съоръжения, производството на торове и пестициди, транспорта на растенията, създаването на изходните материали и производството на самите биопластмаси. Общото количество на тази енергия е значително и малко компании се възползват от технологията, въпреки че тя може да им осигури петролна независимост.
Данни на американския производител на PLA Nature Works показват, че производството на единица от техния продукт спестява използването на значителни количества нефтопродукти (от 25 до 68%) в сравнение с използвания конвенционален полиетилен. Друго детайлно проучване на изследователите от US-Group сравнява процеса на производство на пластмасови опаковки от нефтопродукти и на PLA. Резултатите показват, че биопластмасите застрашават по-малко околната среда при производството на едни продукти, но са опасни за природата при други. Част от тревогите тук идват от безконтролното обезлесяване на големи територии за добив на необходимата биомаса. Обезлесяването може да доведе до значителни промени в количествата валежи и да причини ерозия на почвата. Плюс на новата техноло гия е, че тя допринася за намаляване на въглеродния отпечатък с до 42%.
Днес някои видове приложения на биопластмасите са без реална конкуренция. Такива са медицинските имплантанти, които се разлагат в тялото и по този начин спестяват на пациентите повторна оперативна намеса. Друг пример за ефективно биоразграждане са филми, използвани за покриване на земеделски площи, които се разлагат на място, без да е нужно да бъдат прибирани. Важен е фактът, че биобазираните компоненти на биопластмасите се считат за въглероднонеутрални, ако произходът им е от биомаса.
Видове биопластмаси
Базирани на скорбяла
Биопластмасата, базирана на термопластичната скорбяла (като Plastarch), заема около 50% от пазара, което я прави с най-широко приложение към момента. Чистата скорбяла притежава способността да абсорбира влагата и затова може да бъде използвана при производството на капсули за лекарства. Съставки, повишаващи гъвкавостта и пластичността на материалите, като сорбитол и глицерин, могат да бъдат добавени към основната смес, което позволява те да бъдат произвеждани чрез термопластичен процес. Чрез изменение в количествата на тези добавки характеристиките на материалите могат да бъдат приспособени към специфичните нужди на съответната опаковка. На пазара полимерните форми, базирани на скорбяла, се предлагат под формата на гранулат.
Пластмаси от полилактозна киселина (PLA)
Пласмасата от полилактозна киселина се произвежда от захарна тръстика или глюкоза чрез процес на ферментация на отделената от тях млечна киселина. Освен че по своите характеристики PLA наподобява полиетилена и полипропилена, тя може да бъде произвеждана лесно, без да се налага подмяна на оборудването. Полилактозната киселина и нейните примеси най-често се предлагат под формата на гранули. Различните примеси допринасят за разнообразните свойства на материала, което позволява формоването му в различни видове опаковки — консерви, чаши, бутилки, фолиа за пликове и др.
Поли три хидроксибитурат (PHB)
Поли три хидроксибитуратът (PHB) е полиестер, произвеждан от бактерии, които се хранят с глюкоза и нишесте. Материалът притежава характеристики, много подобни на тези на полипропилена. PHB се различава най-напред по своите физически характеристики. От него се произвеждат предимно прозрачни филми при температура на топене по-висока от 130°C. За перспективите пред бъдещото му приложение говори и фактът, че в много от южноамериканските държави местните опаковъчни индустрии са взели решение да увеличат произвежданото количество PHB до индустриални нива. Поли три хидроксибитуратът е биоразградим без остатък.
Биоизвлечен полиетилен
Осносновният градивен елемент тук, както подсказва името, е етиленът (C2H4). Той от своя страна се произвежда от етанола — съединение, което може да се добие и чрез ферментацията на захарна тръстика и царевица. Извлеченият от биомасата полиетилен е химически и физически неразличим от конвенционалния. Той не е биоразградим, но може да бъде рециклиран, с което значително да бъдат намалени емисиите от парникови газове, отделяни в атмосферата. Бразилската химическа компания Braskem твърди, че при използване на нейния метод за производство на PЕ от етанол от захарна тръстика всеки тон от новия продукт отнема от атмосферата 2.5 t въглероден диоксид на тон, докато традиционните, базирани на петрола, полимери отделят средно по 3.5 t за тон.
В обобщение можем да кажем, че изброените по-горе полимерни форми на пластмасите, базирани на скорбяла, и PHB могат да се нарекат биоразградими тъй като отговарят на европейския ISO14855 или на сходните му стандарти.
Биоразградими опаковки
В основата на биоразградимите пластмаси са полимерни субстанции, извлечени най-често от възобновима биомаса. Такива са например едногодишните земеделски култури като захарната тръстика и царевицата. Добитите от тях природни полимери (скорбяла, полилактозна киселина) могат да бъдат разграждани от различни микроорганизми и гъби, в резултат на което се получава въглероден двуокис и вода. Едно от най-големите предизвикателства пред разпространението на биоразградимите опаковки е създаването на технологиите, които да позволят на тези естествени полимери да изградят здравата и устойчива структура, необходима са правилното съхранение на опакованите продукти.
Всъщност всички видове пластмаси са разградими. Много от тях обаче се разграждат с толкова бавни темпове, че на практика се приемат за неразградими. Така например периодът на разграждане на опаковките, съдържащи PLA, може да варира от 100 до 1000 години (в зависимост от добавените съставки), ако не бъдат обработени по правилния начин след изхвърляне. Една полимерна форма се счита за биоразградима, ако се разпадне на основноте си съставки в рамките на 6 месеца.
В някои пазарни ниши вече се забелязва успешното преминаване към новите биоразградими опаковъчни решения. Такъв е случаят са чувалите за смет, съдържаща органични отпадъци, при които отпада нуждата от изпразване и разделяне на биомасата от опаковката.
Компостируеми полимери
Това по същество са биоразградими полимери, които могат да се компостират в инсталация за индустриален компост. Тези полимери могат да бъдат получени по различен начин — както от възобновими природни източници, така и от нефт и природен газ. В Европейския съюз е въведен стандартът EN 13432, на който трябва да отговарят всички полимери, които имат претенцията да се наричат компостируеми.
Оксо- и фоторазградими полимери
Едно от твърденията, които се носят в публичното пространство и с което спекулират много от българските производители и доставчици, е, че оксоразградимите торбички намаляват количеството на отпадъците, тъй като са и биоразградими. Истината е, че тези отпадъци ще продължат да съществуват в природата много години, тъй като са изградени от практически неразградимите петролни полимери. В тях има добавени химически съставки, които стартират контролиран процес на дезинтеграция под въздействието на ултравиолетовите лъчи и на кислорода. Това обаче не означава, че микроскопичните нишки от нефтени полимери ще бъдат усвоени и преработени от почвените микроорганизми. Материалите на основа на нефтопродуктите са химически инертни, което означава, че са практически неразградими до ниво въглероден диоксид, когато са изхвърлени сред природата. Притеснения поражда и възможността тези химикали да попаднат и да се натрупват в представителите на флората и фауната, а след това по хранителната верига да попаднат и в човешкия организъм. От друга страна, тези фото- и оксоразградими материали не може да бъдат считани за биоразградими, тъй като не отговарят на изискванията на европейските стандарти в тази насока. От началото на 2010 г. оксо- и фоторазградимите полимерни форми са забранени в редица европейски държави, сред които Франция, Италия и Австрия. В съседна Румъния е приет закон, според който всички полимерни продукти от невъзобновими ресурси (като петрол) са обложени с високи екотакси.
Проблем ли е рециклирането на биоразградими пластмаси
Съществуват опасения, че биоразградимите пластмаси ще навредят на съществуващите проекти за рециклиране. И наистина, докато не се премахне възможността за грешки при сортирането, съществува реалната опасност рециклираният PP или PET да се окаже неизползваем поради внесените примеси. Този проблем може да бъде решен чрез използване на достатъчно развита и прецизна система за сортиране на отпадъците.
Стандарти и изисквания за биоразградимост
Международно приетият стандарт EN13432 определя колко бързо и до каква степен пластмасата трябва да се разложи в комерсиалните условия за компостиране, за да може да бъде наречена биоразградима. Документът се публикува от Международната организация за стандартизация (ISO) и е приет от множество държави, включително всички европейски, Япония и САЩ. Все пак този документ е създаден единствено за агресивните условия на комерсиалните системи за компостиране. Не съществуват стандарти, които да са приложими в случаите на домашно компостиране. Стандартът EN 13432 изисква 90% от материалите в компостируемите сметища да се биоразградят в период до 180 дни.
Стандартът ISO 14855 въвежда понятието „биоразградимост“ и се базира на аеробното биоразграждане на пластмаси, произведени от органични продукти. Този стандарт имитира типичните анаеробни компостируеми условия. Той симулира и условията на обществените сметища, необходимо е само наличието на въздух. Като крайни продукти се отделят единствено CO2 и вода. Покриването на нормите на ISO 14855 e задължително, за да може даден полимер да се нарече биоразградим.
Американският стандарт ASTM 6400 изисква 60% ниво на биоразградимост за същия период. Надписът компостируем върху опаковката означава, че тя отговаря на някой от тези два стандарта. Американският аналог на европейските стандарти за биоразградимост в аеробна среда ISO 14855 (в почва) и ISO 14852 (във вода) е АSТМ 5338 (водна среда). Българските вносители и търговци на оксо- и фоторазградими чували, торби и опаковки много често твърдят, че техните продукти са биоразградими, тъй като отговарят на американския стандарт АSТМ D6954-04. Те получават изходните материали за опаковките и торбите от канадски компании, които твърдят, че продуктите им са биоразградими, и с това подвеждат производители, доставчици и крайни потребители. Истината е, че даден продукт може да бъде одобрен по този стандарт и без да е минал тестове, доказващи неговата биоразградимиост. Освен това стандартът АSТМ D6954-04 не е аналог на някой от европейските стандарти за биоразградимост.