Биоразлагаемый пластик производство: ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ РЫНКОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Содержание

ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ РЫНКОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Интерес к новым, экологичным материалам, усилившийся в последние десятилетия, ожидаемо имел последствия также и в области пластмасс и синтетических смол. Концепция создания материалов из натуральных материалов биологического происхождения прочно заняло умы изобретателей в этой сфере.

Упаковка XXI века

Следует уточнить, что широко употребляемый термин «биопластики» не является характеристичным определением одной группы веществ и может относиться к полимерам различного происхождения.

Так, следует разделять биоосновные (bio-based) и биоразлагаемые (biodegradable) пластики. Если первый предполагает получение мономера из природного сырья, а затем полимеризацию мономера в обычные пластики (ПЭ, ПА, ПЭТ и др.), то для вторых ключевой аспект – это возможность быстрого разложения пластика в естественной среде в течение короткого времени.

Пример: Из биологического сырья получен этиловый спирт, из которого произведен этилен. При полимеризации этилена получен полиэтилен (ПЭ). Такой ПЭ можно отнести к биоосновным (поскольку он был ппроизведен из естественного сырья), но при этом продукт никак не отличим от ПЭ, полученного из нефтяного сырья.

В то же время полибутилсукцинат (PBS), являющийся биоразлагаемым пластиком, может быть получен из н-бутана, являющийся продуктом C₄-фракции.

По данным Европейского института биопластиков (рис. 1), мировые мощности по производству биопластиков составляют 4,16 млн т, что в сравнении с рынком обычных пластиков составляет менее 1%. Только 12% от этих мощностей составляют мощности производства непосредственно биоразлагаемых пластиков.

Рис. 1. Мировые мощности производства биопластиков

В структуре потребления биоразлагаемых пластиков (рис. 2) в мире до 75% занимает упаковка. Другими секторами потребления являются: общественное питание и фастфуд – до 9%, волокна и нити – 4%, медицина – 4% и агрохимия – 2%.

Рис. 3. Структура потребления биоразлагаемых пластиков

Столь большое значение упаковки в секторе можно объяснить самой идеей биоразлагаемых пластиков: снизить нагрузку на экосистему со стороны использованных упаковочных материалов, которые составляют значительную часть от массы бытовых отходов.

В отличие от абсолютного большинства пластмасс биоразлагаемые полимеры могут расщепляться в условиях окружающей среды с помощью микроорганизмов, таких как бактерии или грибки. Полимер, как правило, считается биоразлагаемым, если вся его масса разлагается в почве или воде за период в шесть месяцев. Во многих случаях продуктами распада являются углекислый газ и вода.

Полимеры, поддающиеся биологическому разложению, были разработаны несколько десятилетий назад, но их полномасштабное коммерческое применение разворачивалось очень медленно. Это происходило оттого, что они, в целом, были более затратными и имели менее устойчивые физические свойства, чем у традиционных пластмасс. Кроме того, не существовало достаточных стимулов для производителей изделий из пластмасс для того, чтобы включать биоразлагаемые материалы в свою продукцию.

Так, хорошо известный советскому потребителю биополимер на основе вискозы – целлофан – в полной мере отвечал концепции экологически чистых материалов, быстроразлагающихся в природе, но был быстро вытеснен БОПП-пленками и пленками из ПЭ и лавсана за счет их лучших механических характеристик и химической стойкости. Теперь их, в свою очередь, будет вытеснять новое поколение биоразлагаемых полимеров.

На развитие биоразлагаемых пластиков оказали существенное влияние два фактора:

Законодательное ограничение использования упаковки из «обычных» пластиков в ряде стран по ряду причин.

Развитие технологий, позволяющих снизить производственные издержки и улучшить их механические свойства

Рынок

Мировое потребление биоразлагаемых пластиков развивается высокими темпами (рис. 3). Среднегодовой рост составляет 27%. В период с 2012 по 2016 г. потребление выросло в 2,7 раза. Темпы роста потребления превысили темпы, предсказанные ранее рядом экспертов.

Рис. 3. Мировое потребление биоразлагаемых пластиков, тыс. т

Контейнеры, пленки и пеноматериалы, изготовленные из биоразлагаемых полимеров, используются для упаковки мяса, молочных продуктов, выпечки и пр. Другим наиболее распространенным применением являются одноразовые бутылки и стаканчики для воды, молока, соков и прочих напитков, тарелки, миски и поддоны. Еще одним рынком сбыта для таких материалов является производство мешков для сбора и компостирования пищевых отходов, а также пакетов для супермаркетов. Развивающимся применением этих полимеров является рынок сельскохозяйственных пленок.

В структуре биоразлагаемых пластиков (рис. 4) наибольшее (до 43%) место занимает полилактид (polylactic acid, PLA), являясь наиболее типичным и распространенным биопластиком, схожим по свойствам с АБС-пластиками, полиэтиленом и полистиролом. Другим распространенным биоразлагаемым пластиком в этом ряду является полибутилсукцинат (PBS), аналог полипропилена, полибутиратадипинтерефталат (PBAT) – 18%, полигидроксибутират (PHB), другие полигидроксиалконаты – 11%.

Рис. 4. Структура и соотношение биоразлагаемых пластиков

Крупнейшими компаниями-производителями биоразлагаемых пластиков являются в США: NatureWorks, в Европе – BASF, Novamont, в Японии Mitsubishi Chemicals.

В большой степени развитию биоразлагаемых пластмасс способствуют законодательные ограничения использования упаковки из обычных пластиков в ряде стран (см. табл.).

Таблица. Законодательные ограничения использования упаковки из обычных пластиков

Существует принципиальная возможность получения продуктов высокого передела из природного сырья. Так, из древесной щепы, себестоимость которой составляет не более 40 долл. за 1 т, возможно получение ряда продуктов, среди которых, помимо ксилозы и лигнина, есть глюкоза, являющаяся сырьем для продуктов более высокого передела, среди которых, в свою очередь, этиловый спирт, полигидроксобутират (PHB), полигидроксилалконаты (PHA). Продуктом молочнокислого брожения глюкозы является молочная кислота (основным применением молочной кислоты в мире является пищевая промышленность: консервант и пищевая добавка Е270. В 2016 г. средняя цена в России составила 1 851 долл./т. ), при полимеризации которой, например, по технологии компании Sulzer Chemtech Uhde Inventa-Fischer, получают полилактид (PLA). Среднеимпортная цена полилактида (PLA) (код ТН ВЭД 3907700000) по результатам 2016 г. составила 9 500 долл./т. Разница в этих значениях – 40 долл. и 9 500 долл. за 1 т составляет коммерческий потенциал производства биоразлагаемых пластиков на основе полилактида.

Рынок PLA

Мировое потребление полилактида растет с каждым годом в среднем на 20%. В 2012–2016 гг. его потребление выросло с 360,8 до 1 216,3 тыс. т/год.

В России потребление реализуется только импортными поставками PLA. В 2016 г. импорт PLA в Россию составил 261,5 т, что составляет менее 0,003% от мирового потребления этого продукта. Столь малая доля российского потребления полилактида объясняется как отсутствием законодательных инициатив со стороны государства (в сегменте упаковки), так и отсутствием высокотехнологичных производств, которые могли бы обеспечить спрос на PLA. Есть сообщения (https://sdelanounas.ru/blogs/93795/ ), что PLA для медицинских целей производится в АО «ВНИИСВ», г. Тверь, однако нет информации, что производство имеет коммерческое значение.

Значимым моментом в технологии производства PLA и изделий из него является наличие стериоизомеров у молекулы молочной кислоты (рис. 5). Молекула молочной кислоты и ее полимера может существовать в двух вариантах (L и D), которые являются зеркальным отображением друг друга. 100% L-PLA имеет кристаллическую структуру, четкую температуру плавления и определенные свойства, в то время как смесь изомеров имеет аморфную стеклообразную структуру. Варьируя соотношения изомеров, можно добиваться широкого ряда свойств у продуктов в зависимости от назначения.

Рис. 5. Оптические изомеры молочной кислоты и свойства полилактида

Полибутилсукцинат (PBS)

Следующим наиболее важным биоразлагаемым пластиком является полибутилсукцинат, являющийся продуктом поликонденсации янтарной кислоты и 1,4-бутандиола (оба производные н-бутана). Этот биоразлагаемый пластик может быть произведен как из биологического сырья, так и из нефтепродуктов. Мировое потребление PBS достигло 456,5 тыс. т в 2016 г.

Рис. 6. Схема получения PBS

PBS применяется для производства упаковки, пленки, посуды и медицинских изделий. Другими его названиями являются: Bionolle, GsPLA и др.

Полибутиратадипинтерефталат (PBAT)

Для материалов биоразлагаемой обертки применяется полибутиратадипинтерефталат (PBAT):

Является статистическим сополимером на основе адипиновой кислоты, 1,4-бутандиола и диметилфталата. По своим свойствам схож с полиэтиленом низкой плотности. Также известен под торговыми марками: Ecoflex, Wango, Ecoworld и др.

Рис. 7. Мировое потребление PBAT

Полигидроксиалконаты (PHA)

В широком смысле все указанные выше продукты относятся к классу полигидроксиалконатов с общей формулой:

В узком смысле под PHA понимаются продукты с другими заместителями. Широкий круг таких соединений служит для определенных задач.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Мировое потребление биоразлагаемых пластиков достигло в 2016 г. 2,315 млн т., до 75% этого объема приходится на упаковку.
Основными драйверами роста потребления биоразлагаемых пластиков являются законодательные запреты в ряде стран по использованию обычных пластиков в упаковке и спрос со стороны развивающихся высокотехнологичных производств (медицина, косметология и др.).
Наиболее важным среди биоразлагаемых пластиков является PLA. В 2016 г его потребление составило 1,216 млн. т. На долю России из этого числа приходится менее 0,003%. Цена PLA в России в 2016 г. составила 9500 долл./т.
Получение PLA, PBS и других биоразлагаемых пластиков возможно как из биологического сырья, так и из продуктов нефтепереработки.

Приложение — Коммерсантъ Business Guide (118013)

Международные и российские компании все чаще реализуют проекты по производству биоразлагаемых пластиков. Но их доля на глобальном рынке по-прежнему очень мала. Основными причинами являются нехватка сырья, высокая стоимость производства и неконкурентоспособность с традиционными полимерами. Но даже в крупных нефтехимических холдингах признают, что стоит следить за происходящим в сфере производства биопластиков, чтобы не оказаться в отстающих.

Свекольные полимеры

В конце октября ТАИФ и итальянская Bio-On заключили в присутствии президента РФ Владимира Путина и премьер-министра Италии Джузеппе Конте договор о создании производства биопластика. Также стороны подписали лицензионное соглашение. Завод будет производить полигидроксиалканоат (PHA) на основе побочного продукта производства сахара из сахарной свеклы. Первоначальная производственная мощность — 10 тыс. тонн в год с возможностью расширения до 20 тыс. тонн в год. Инвестиции в проект оцениваются в €90 млн.

Как отмечал гендиректор ТАИФ Альберт Шигабутдинов, в ближайшее время биополимеры из-за малых объемов выработки не смогут полностью заменить традиционные полимеры. «Но мы считаем, что введение зеленых, то есть экологически безопасных, производств в высокоэффективных сегментах рынка может способствовать созданию новых возможностей в секторе производства пластмасс»,— сказал он.

Как поясняли ранее компании, биоразлагаемый пластик PHA производится из натуральных продуктов — сахарного тростника, картофельных очистков или других отходов отрасли сельского хозяйства. Из такого сырья получается пластмасса, которая полностью растворяется в почве. Биопластик PHA был открыт еще 100 лет назад, но тогда идея оказалась невостребованной, тогда как сейчас натуральные компоненты на фоне сложной экологической обстановки в мире приобретают все большую популярность.

«Биопластик — это натуральный материал, поэтому бактерии его съедают, как будто это древесина. Конечно, чтобы произошло разложение, изделие нужно поместить в почву»,— объяснял управляющий директор компании Bio-On Витторио Фолла. PHA выпускают в Италии и США, в России таких производств пока нет.

Полимеры из подручных средств

Производимые в мире пластики делятся на три основные группы. К первой относятся традиционные полимеры из углеводородного сырья, которые не имеют способности биохимического разложения. Это полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиэтилентерефталат, полиамид и поликарбонат. На них приходится до 99% всех выпускаемых и используемых объемов на планете. Но проблема накопления отх

Биоразлагаемые полимеры | Журнал «Сырье и Упаковка»

В последнее время все чаще в самых разных ситуациях можно встретить приставку «био» – это своего рода гарантия того, что товар безопасен для природы и человека. Этот тренд активно продвигают различные средства массовой информации, и потребитель начинает постепенно привыкать к тому, что био-кефир обещает решить все проблемы с пищеварением, био-топливо – «экологичная» замена нефти, а био-экстракты заставляют косметику творить чудеса. Не обошли вниманием и упаковку, она также стала экологичной, а производство биополимеров растет год от года. Но если толчком для разработки биотоплива послужило желание европейских стран быть независимыми от запасов нефти и ее поставщиков, то основным стимулом к разработке биополимеров стала проблема утилизации пластиковых отходов, объемы которых растут с каждым годом.

Биополимеры (полное название – биоразлагаемые полимеры) отличаются от остальных пластиков тем, что разлагаются в окружающей среде под действием физических факторов и микроорганизмов – бактерий или грибков. Полимер, как правило, считается биоразлагаемым, если вся его масса разлагается в почве или воде за период в шесть месяцев, что позволяет решать проблему отходов. Во многих случаях продукты распада биополимеров – углекислый газ и вода. Любые другие продукты разложения или остатки должны исследоваться на наличие токсичных веществ и безопасность. Биоразлагаемые полимеры можно перерабатывать с помощью большинства стандартных технологий производства пластмасс, включая горячее формование, экструзию, литьевое и выдувное формование.

Сейчас разработка биополимеров ведется по трем основным направлениям: производство биоразлагаемых полиэфиров на основе гидроксикарбоновых кислот; придание биоразлагаемости промышленным полимерам и производство пластических масс на основе воспроизводимых природных компонентов. Все эти технологии активно развиваются в США и Европе, Китае, Японии и Корее. А вот в России поиск технологий получения полимеров из возобновляемого сырья и биодеградируемых пластиков существенно осложнен – разработка новых технологий удовольствие дорогое, да и нефти в стране пока хватает. Тем не менее, рассмотрим основные предложения рынка биополимеров.

Полигидроксиалканоаты бактерий

При росте некоторых микроорганизмов на средах, содержащих питательные углеродные вещества и имеющих дефицит азота или фосфора, микробные клетки начинают синтезировать и накапливать полигидроксиалканоаты (polyhydroxyalkanoates – PHA), которые служат им резервом энергии и углерода (запасом пищи). При необходимости эти же микроорганизмы могут разлагать PHA. Это свойство бактерий человек использует для промышленного получения полигидроксиалканоатов, важнейшими из которых являются полигидроксибутират (PHB) и его сополимер с полигидроксивалератом (PHV).

Таким образом, полигидроксиалканоаты – это полностью биодеградируемые пластики, алифатические полиэфиры, устойчивые к ультрафиолетовому облучению. Хотя эти полимеры стабильны в водной среде, они поддаются биологическому разложению в морской воде, почве, в средах компостирования и переработки отходов. В компосте при влажности 85% и температуре 20–60 °С они разлагаются на воду и углекислый газ за 7–10 недель.

Возможные области применения PHA – это изготовление биоразлагаемых упаковочных материалов и формованных товаров, нетканых материалов, одноразовых салфеток, предметов личной гигиены, пленок и волокон, водоотталкивающих покрытий для бумаги и картона. Первое промышленное производство сополимеров PHB-PHV организовала в 1980 году английская фирма ICA под торговой маркой Biopol. Этот полимер характеризуется относительной термостабильностью, пропускает кислород, устойчив к агрессивным химикатам и имеет прочность, сопоставимую с полипропиленом.

Biopol выпускается до сих пор несколькими компаниями, но объемы не превышают 10 тыс. тонн в год. Дело в том, что его стоимость составляет $10–15 за кг – это в 8–10 раз выше, чем у традиционных пластиков. Поэтому основные сферы применения – медицина, упаковка некоторых парфюмерных товаров, изделия личной гигиены.

В апреле 2010 года в США компанией Тelles был запущен завод по производству PHBV мощностью 50 тыс. тонн в год. Пластик получил название Mirel, его предполагаемая цена – $4,5–5,5 за кг. Отметим, что традиционный полиэтилен низкого давления стоит в России около $2,2–2,5 за кг. Сырьем для предприятия Тelles служит глюкоза, получаемая из осахаренного кукурузного крахмала. Стоимость сырья в себестоимости PHBV составляет при этом 60%. Поэтому основные усилия направлены на поиск дешевого сырья для производства PHA. Для России перспективным сырьем сегодня является крахмал зерновых (пшеница, рожь, ячмень) и, в перспективе, производные древесного сырья.

Полимолочная кислота

Одним из самых перспективных биопластиков для применения в упаковке считается полилактид (полимолочная кислота, polylactic acid – PLA), продукт конденсации молочной кислоты, линейный алифатический полиэфир. Молочную кислоту – мономер, из которого в дальнейшем искусственно синтезируют полилактид, производят бактерии. Производство молочной кислоты микробиологическим способом дешевле традиционного, так как бактерии синтезируют ее из доступных сахаров в технологически несложном процессе. Сам полимер молочной кислоты (точнее, смесь двух оптических изомеров одного и того же состава) имеет достаточно высокую термическую стабильность: температуру плавления 210–220 °С, температуру стеклования – около 90 °С. Полилактид – прозрачный бесцветный термопластический полимер, он устойчив к действию ультрафиолета, плохо воспламеняется и горит с малым выделением дыма. PLA возможно перерабатывать всеми способами, применяемыми для переработки термопластов. Изделия из PLA характеризуются высокой жесткостью, прозрачностью и блеском, напоминая в этом отношении полистирол. Из листов полилактида можно формовать тарелки, подносы, получать пленку, волокно, упаковку для пищевых продуктов и косметики, имплантанты для медицины, бутылки для молока, соков, воды, но не газированных напитков, так как PLA пропускает углекислый газ. Из PLA также изготавливают игрушки, корпусы сотовых телефонов, компьютерные мышки и ткани.

Полилактид полностью биоразлагаем, его разложение идет в два этапа. Сначала эфирные группы постепенно подвергают гидролизу водой для формирования молочной кислоты и прочих небольших молекул, затем их разлагают с помощью микробов в определенной среде. Изделия из PLA при компостировании полностью разлагаются на воду и углекислый газ за период 20–90 дней.

Патент на способ промышленного получения PLA был выдан компании DuPont еще в 1954 году. Однако коммерциализация этого биопластика началась лишь в XXI веке. В 2002 году в городе Блэр в США фирмой Nature Work был запущен завод мощностью 140 тыс. тонн по производству PLA из глюкозы кукурузного крахмала. Сегодня это крупнейший производитель PLA в мире, его мощности уже 280 тыс. тонн. В ближайшие 5–10 лет планируется строительство третьего завода, сырьем для которого будут практически бесплатные отходы переработки кукурузы. Продукцию завода в Блэр перерабатывают множество компаний, только в Европе их более 30. В Европе также функционирует несколько заводов PLA, ряд мелких производителей есть и в Азии. Известные мировые инжениринговые компании также осваивают новую нишу. Лицензии на технологию PLA предлагают, например, Sulzer Chemtech Uhde Inventa-Fischer. Несмотря на то, что PLA – самый дешевый из биопластиков ( $2,2–4,5 за кг), пока развитие этого биопластика сдерживается его ценой. Однако прогнозируется, что новые технологии сделают его конкурентоспособным с полиэтиленом и полипропиленом уже до 2020 года.

PLA часто смешивают с крахмалом для повышения способности к биологическому разложению и рентабельности производства. Тем не менее, эти смеси довольно непрочные, поэтому к ним часто добавляют пластификаторы, такие как глицерин или сорбит для того, чтобы сделать их более эластичными. Вместо пластификаторов некоторые производители используют для смягчения PLA создание сплава с другими разлагаемыми полиэфирами.

Модифицированный крахмал и другие природные полимеры

Применение для изготовления упаковки биоразлагаемых природных полимеров интересно тем, что ресурсы исходного сырья постоянно возобновляемы и практически не ограничены. Наиболее широко для производства биоразлагаемых упаковочных материалов используется крахмал. Основным недостатком в этом случае является повышенная способность к впитыванию влаги. Избежать этого можно, заменив часть гидроксильных групп молекулы крахмала на эфирные или сложноэфирные. Химическая обработка позволяет создать дополнительные связи между различными частями полимера крахмала для того, чтобы увеличить его теплостойкость, устойчивость к воздействию кислот и срезающему усилию. В результате такой обработки образуется модифицированный крахмал, который разлагается в окружающей среде, но обладает свойствами коммерчески полезного термопласта. Модифицированный крахмал можно использовать как биоразлагаемую пластмассу. Пластические массы на основе крахмала обладают высокой экологичностью и способностью разлагаться в компосте при 30 °С в течение двух месяцев. С целью снижения себестоимости биоразлагаемых материалов бытового назначения (упаковка, пакеты для мусора) используется неочищенный крахмал, смешанный с поливиниловым спиртом и тальком. Модифицированный крахмал можно производить на том же оборудовании, что и обыкновенную пластмассу, его можно окрашивать и на него можно наносить печать с использованием всех обычных технологий. Этот материал антистатичен по своей природе. Физические свойства модифицированного крахмала, в целом, уступают свойствам смол, полученных нефтехимическим путем – полиэтилену низкого и высокого давления и полипропилену. И все же крахмал уже нашел применение на некоторых рынках. Из него методом горячего формования изготовляют поддоны для пищевых продуктов; методом литьевого формования – сельскохозяйственные пленки, пенопластовые упаковочные материалы; столовые приборы и сеточки для овощей и фруктов – методом экструзии.

Также для производства биоразлагаемых пластиков на основе природных полимеров можно использовать и другие природные полисахариды: целлюлозу, хитин, хитозан. Полимеры, полученные взаимодействием целлюлозы с эпоксидным соединением и ангидридами дикарбоновых кислот, полностью разлагаются в компосте за 4 недели. На их основе формованием получают бутыли, одноразовую посуду, пленки для мульчирования. Из тройной композиции (хитозан, микроцеллюлозное волокно и желатин) получают пленки с повышенной прочностью, способные разлагаться микроорганизмами при захоронении в землю. Они применяются для упаковки, изготовления подносов и т.д. Пищевую упаковку производят также из природного белка – цеина.

Исследования промышленных способов получения биополимеров начались в конце 1980-х в Италии компанией Novamont S.p.a. Сегодня она располагает заводом продуктов на основе крахмала мощностью 60 тыс. тонн в год. В Германии работают фирмы Biotec (20 тыс. тонн в год) и BIOP Biopolymer Technologies (3,5 тыс. тонн в год), причем последняя также торгует лицензиями на собственную технологию получения биопластиков. В Голландии базируется компания Rodenburg Biopolymers с мощностями 40 тыс. тонн. В США крупным производителем является Cereplast Inc.

Придание биоразлагаемости промышленным полимерам

Проблема придания свойств биоразлагаемости хорошо освоенным многотоннажным промышленным полимерам (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, полиэтилентерефталат) занимает важное место в исследованиях. Этого можно добиться разными способами. Одним из вариантов является ввод в полимерную молекулу специальных добавок, как правило, соединений переходных металлов, которые на свету и/или в тепле катализируют разложение полимеров. Использование биоразлагающих добавок целесообразно при производстве пакетов, сельскохозяйственных и упаковочных пленок, одноразовой посуды, бутылок и т.п. Проблемы тут две. Добавки должны допускать обработку полимера традиционными способами (литье, формование, выдув, экструзия), при этом полимеры не должны разлагаться, хотя подвергаются температурной обработке. Кроме того, добавка должна ускорять разложение полимера на свету, но допускать длительный период его использования. Тоже на свету. Иными словами, добавка должна «включать» разложение в определенный момент. Это существенная сложность. Современные добавки допускают типовые способы обработки полимеров, но с условием, что время нахождения сырья в зоне нагрева не должно превышать 7–12 минут. Малый процент добавки (обычно 1–8%) почти не сказывается при этом на остальных технологических режимах обработки, единственное – нужно равномерно распределять ее по объему полимера. Основными производителями таких добавок являются американские компании Willow Ridge Plastics, BioTec Environmental, ECM BioFilms. Одним из лидеров и пионеров рынка является британская Symphony Environmental со своей добавкой D2W. Как правило, добавки этих фирм работают с полиолефинами, однако, например, добавки серии EcoPure фирмы Bio-Tec Environmental можно использовать более чем с 15 полимерами. ECM BioFilms выпускает добавки для полистирола, полиуретанов и ПЭТФ. Срок деградации может варьировать от 9 месяцев до 5 лет. Стоимость добавок за оптовую партию может составлять от $4,2 до $18 за кг в зависимости от производителя.

Популярный способ сделать традиционные пластики биоразлагаемыми – ввод в состав макромолекул биоразлагаемых мономеров, например, того же крахмала. Например, основой таких сравнительно новых материалов, как Ecostar, Polyclean и Ampaset, является ПЭ высокого давления и крахмалы злаковых растений в качестве биоразлагаемой добавки. В крахмалосодержащую композицию вводят также антиоксиданты для уменьшения деструкции в процессе переработки композиции в изделия. В США широкое распространение получили биоразлагаемые на открытом воздухе упаковки под общим названием TONE. Основой для их производства служит поликапролактам, который хорошо совмещается механическим способом со многими широко производимыми пластиками (ПЭ, ПП, ПВХ, ПС, ПК, ПЭТФ). Существенным достоинством этой группы материалов является их принадлежность к термопластам, достаточная доступность и низкая стоимость, легкость переработки различными методами, высокий уровень свойств и скорость разложения на открытом воздухе.

Введение в молекулу PET чувствительных к гидролизу алифатических сомономеров, таких как полибутиленадипат/терефталат и политетраметиленадипат/терефталат в различных соотношениях, позволяет получить биоразлагаемый РЕТ с физическими свойствами, подобранными для применения в специальных целях. При этом скорость деградации изготавливаемых продуктов можно контролировать за счет добавления различного количества усилителей разложения к базовым смолам.

Перспективы рынка

Биоразлагаемые полимеры, особенно те, которые производятся из биологического сырья, составляют пока очень небольшую долю мирового рынка пластмасс. Согласно заключению недавнего отчета по разлагаемым материалам на биологической основе, выпущенного Институтом Перспективных Технологических Исследований Европейской Комиссии, доля этих материалов на рынке полимеров Европы будет составлять 1–2% к 2010 г. и не более 5% к 2020 году.

К числу основных применений биоразлагаемых пластмасс относится упаковка пищевых продуктов. Другое распространенное применение – одноразовые бутылки и стаканчики для воды, молока, соков и прочих напитков, тарелки, миски и поддоны. Еще один рынок сбыта для таких материалов – производство мешков для сбора и компостирования пищевых отходов, а также пакетов для супермаркетов. Развивающимся применением этих полимеров является рынок сельскохозяйственных пленок и косметика.

Преимущество биоразлагаемых полимеров – возможность стандартной обработки на стандартном оборудовании; низкий барьер пропускания кислорода и водяного пара; стойкость к разложению в обычных условиях; отсутствие проблем с утилизацией отходов; независимость от нефтехимического сырья. Их основные недостатки – ограниченные возможности для крупнотоннажного производства и высокая стоимость (пока в среднем 2 – 5 евро за кг). Однако новые крупномасштабные производственные системы снижают затратность производства биоразлагаемых полимеров, а усовершенствованные технологии полимеризации и смешивания делают эти материалы более прочными и износостойкими. Кроме того, производители, которые стремятся снискать благосклонность общественного мнения, начали использовать биоразлагаемые пластмассы для изготовления различной упаковки. В некоторых случаях, местные и национальные законы также стимулируют использование биоразлагаемых материалов. Так, в Тайване с 2003 года полимерные пакеты запрещены к использованию во всех торговых центрах. То же произошло в Лос-Анджелесе в 2007 году. С пластиковыми пакетами борются в Кении, Руанде и Танзании. В Бангладеш использование пластиковых пакетов запрещено полностью, после того как было обнаружено, что они, засорив дренажные системы, явились основной причиной наводнений в 1988 и1998 годах, которые затопили 2/3 страны. Во многих странах Европы существуют налоги на пластиковые пакеты. В декабре 2010 года их запретили в Италии. Если меры по охране среды будут ужесточаться, а цены на нефть и газ продолжат расти, то возможна смена парадигмы в области производства и использования полимеров, т.е. переход к производству биоразлагаемых пластиков из возобновляемого сырья наступит гораздо быстрее, чем мы этого ожидаем.

А пока, несмотря на то, что биоразлагаемые полимеры наступают на многих фронтах, нет оснований полагать, что в ближайшем будущем они смогут стать чем-то большим, чем материалы, занимающие только небольшой сегмент общего рынка пластмассовых материалов. Пока биоразлагаемые пластики из природного сырья не могут составить конкуренцию традиционным по самой простой причине – ценовой. Точно так же использование дорогих биоразлагающих добавок приводит к удорожанию изделий и из традиционных полимеров.

Тем не менее, растущая экологическая озабоченность потребителей, и правительственная политика, которая поощряет сохранение естественных ресурсов, стимулируют рост продаж биоразлагаемых полимеров. Прогнозы развития рынка биопластиков более чем оптимистичны. Его объем в 2010 году оценивался в $640 млн, а к 2012 году ожидается рост до $1,3 млрд

В более отдаленной перспективе 2015–2016 годов прогнозируется рост на 43% ежегодно. Ожидается, что самые дешевые из сегодняшних биопластиков смогут конкурировать с традиционными по цене к 2020 году. Вместе с тем, осознание той реальной цены, которую человечество должно платить за сохранение среды своего обитания, так или иначе приведет к введению серьезных ограничений на использование неразрушающихся изделий массового спроса и переходу к пусть более дорогим, но более экологичным материалам. Поэтому крупнейшие частные компании и научные центры многих стран занимаются поисками новых, более дешевых технологий получения биопластиков.

При подготовке статьи использованы материалы сайтов: www. polymery.ru, www.omnexus.com, www.simplexnn.ru, www.newchemistry.ru, www.unipack.ru и др.

Почему биоразлагаемые пакеты ускоряют процесс загрязнения планеты :: РБК Тренды

Фото: Griffin Wooldridge / Unsplash

Когда пластик объявили главным врагом планеты, пластиковые пакеты начали заменять на биоразлагаемые. Объясняем, почему биоразлагаемые пакеты — это далеко не лучшая альтернатива пластиковым

Материал подготовлен автором телеграм-канала «Экологиня» специально для РБК Тренды.

С тех пор как экологичность стала трендом, появилось много компаний, выпускающих не полиэтиленовые, но «био-пакеты» и «эко-пакеты». Но далеко не все при этом соответствуют экологическим стандартам. Чтобы понять, полезны ли альтернативные виды пластика для окружающей среды, разберемся в терминах.

Биопластик — не значит безопасный для природы

Биопластиком называют пластмассы на биологической основе. Такой материал сделан из биомассы (кукурузы, соломы, опилок), а не из ископаемых ресурсов — это его преимущество перед обычным пластиком, сделанном на основе нефти.

Фото: Henry Be / Unsplash

На рынке существует много пакетов из биопластика, а производители апеллируют к экологичности своей продукции из-за натуральных компонентов в составе. Только они не указывают, что время разложения биопластика в окружающей среде может быть таким же, как и у пластмасс. Это значит, что биоразлагаемым можно назвать любой пластик, так как спустя несколько сотен лет он все-таки разложится. Единственное отличие — биопластик будет выделять в атмосферу парниковый газ — метан, усиливающий климатический кризис, а обычный пластик разложится на микропластик, отравляющий почву и водоемы.

Биопластик — новейшая форма гринвошинга: исследование «Гринпис»

Биоразлагаемый пластик — лучше, но не все так просто

А вот биоразлагаемые пластики, действительно, со временем могут полностью разлагаться. Подвох в том, что на изделиях из биоразлагаемого пластика не указывается, за какой срок и при каких условиях окружающей среды он будет разлагаться. Большинство людей читает термин «биоразлагаемый» как «закопайте его в саду или забросьте в океан, он полностью разложится». Но на самом деле большинство биоразлагаемых пластиков могут разлагаться только в специальной промышленной установке, где контролируются температура, влажность и свет.

К биоразлагаемым видам пластика относятся оксоразлагаемые, гидроразлагаемые и компостируемые виды пластика, которые «растворяются» при воздействии кислорода, воды или бактерий.

Фото: Вадим Жернов / ТАСС

Биоразлагаемые пластмассовые материалы, которые маркируются как компостируемые, превращаются в компост только в промышленных установках, но не в домашних условиях.

Черви, бактерии и электрокомпостеры: утилизация пищевых отходов на дому

Оксоразлагаемые пакеты нельзя отправлять на полигоны. Под воздействием кислорода такой пакет просто распадется на микропластик, а добавки, отвечающие за оксоразложение, потенциально токсичны. Настолько, что из-за их вредного воздействия на окружающую среду Еврокомиссия в январе 2018 года рекомендовала ввести запрет на использование оксоразлагаемых пластиков на территории Евросоюза.

Фото: Guillaume Périgois / Unsplash

В худшем случае производитель называет «биоразлагаемыми» пластиковые пакеты со специальными добавками, ускоряющие разложение пакета на микропластик. В таких случаях надписи на упаковках и пакетах «безопасно для природы», «забота об окружающей среде» можно воспринимать только в кавычках.

Какие пакеты использовать?

К сожалению, ответить на этот вопрос не поможет даже чтение тонны справочного материала и понимание процессов утилизации каждого вида пластика. Дело в том, что производители пакетов редко указывают на своих изделиях состав, а в пункты приема отходов для переработки не принимают биоразлагаемые пакеты, потому что для них нет подходящей инфраструктуры.

Нагляднее всего сложность утилизации всех биоразлагаемых материалов демонстрирует исследование, проведенное учеными из Плимутского университета в Великобритании. В этом исследовании биоразлагаемые, оксо-биоразлагаемые, компостируемые и полиэтиленовые пакеты на три года поместили в разные природные условия: оставили под открытым небом, закопали в землю, погрузили в воду и протестировали в контролируемых лабораторных условиях.

Фото: University of Plymouth

На открытом воздухе все пакеты распались на фрагменты через девять месяцев, а с теми, что были погружены в почву и соленую воду, практически ничего не произошло. Только компостируемый пакет в воде полностью растворился за три месяца, однако в почве сохранился на 27 месяцев. Биоразлагаемые и оксо-биоразлагаемые пакеты сохранили свою прочность даже через три года. Эксперимент показал, что ни один из пакетов не исчез бесследно, никакого магического разложения не произошло — даже разложившиеся пакеты оставили после себя частицы.

Биоразлагаемые материалы могут разложиться только в результате промышленной утилизации. В естественной среде для этого важно воздействие микробов, кислорода, влажности и других факторов, которые невозможно воспроизвести в быту.

Видео: University of Plymouth

В тех странах, где нет развитой инфраструктуры для обеспечения правильной утилизации биоразлагаемых материалов, внедрение компостируемых и биоразлагаемых пакетов может усилить пластиковое загрязнение.

Экологический аналитический центр Green Alliance отметил, что термин «биоразлагаемый» заставляет потребителей думать, что пакет можно со спокойной совестью выбросить, что создаст еще большее загрязнение окружающей среды.

Фото: Pexels

В итоге нет разницы, в каком пакете вы понесете домой покупки из магазина или будете выкидывать мусор: в биоразлагаемом пакете для мусора или в пластиковом. В быту все биоразлагаемые пакеты оказываются ничем не лучше простых пластиковых, а цены на них магазины устанавливают в два-три раза выше, ожидая, что за сохранение нашей планеты мы будем готовы заплатить больше.

На данный момент единственный экологичный выход, лучшая альтернатива — сокращение использования пластиковой упаковки, а не замена ее другими материалами.

Больше информации и новостей о том, как «зеленеет» бизнес, право и общество в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь.

В «зеленом» тренде: как стартап CLEAPL начал делать съедобные трубочки :: РБК Тренды

Фото: РБК Тренды

Стартап CLEAPL — выпускник акселератора GenerationS, проведенного компанией РВК в 2017 году. Стартап производит биоразлагаемый пластик, который состоит полностью из растительного сырья

На рынке существует огромное количество компаний, которые занимаются биопластиками.

Биопластики бывают двух видов:

Компостируемые (биоосновные + биоразлагаемые). Они могут перерабатываться в промышленном или домашнем компосте.
Биоразлагаемые и оксоразлагаемые пластики, которые разрушаются в природной среде: в почве, в воде или в море.

Биоразлагаемый пластик, который производят другие компании, разлагается только специально созданных условиях с высокой влажностью, температурой и обязательной сортировкой по типу пластика. Пластик CLEAPL разлагается в домашнем компосте.

Почему биоразлагаемые пакеты ускоряют процесс загрязнения планеты

Задача

Изменить философию людей в использовании пластика. Мировой рынок пластиковых пакетов оценивается в $500 млрд, одноразовой посуды — в $150 млрд, пленки для ламинации — в $80 млрд, и трубочек — в $4 млрд.

Потребители готовы переходить на биоразлагаемую тару и упаковку для сохранения окружающей среды, а производители — в том числе ради повышения лояльности конечного потребителя.

Термин «съедобная упаковка» («edible packaging») подразумевает, что конечный потребитель может лично уничтожить упаковку: трубочки для напитков от CLEAPL можно даже съесть после использования.

Предпосылки и мотивация

«Люди, которые выбрасывают наш пластик, не загрязняют природу, потому что он является удобрением», — говорит основатель компании Иван Захаров.

В 2013 году началось увлечение Ивана Захарова научным проектом в области биоразлагаемой упаковки. «Когда я анализировал актуальность своего исследования, меня напрягло, что передовые разработки зачастую усложняли жизнь», — говорит изобретатель биоразлагаемых материалов CLEAPL Иван Захаров.

Ученые предлагали соорудить компостные ямы в зависимости от способа компостирования пластика: в почве, в воде, в море. Компании создавали оксо-биоразлагаемые полимеры и добавки, якобы придающие традиционным полимерам способность полностью разлагаться до углекислого газа, воды и биомассы. В достоверности последних так и не удалось убедиться. Изучив данные исследований 1970-х годов, основатель проекта взял на себя ответственность исправить недочеты в сшивке и биомодификации, повысить эксплуатационные и барьерные свойства нативных компонентов.

Реализация

«После многочисленных попыток в моих руках лежала пленка из природных материалов. Внешне она никак не отличалась от полиэтиленовой. Я купил аппарат для спайки и изготовил из него пакет. Накидал в него овощей из холодильника — пакет выдержал груз», — вспоминает изобретатель первых биоразлагаемых пленок в России.

С тех пор Иван Захаров создал команду, получил патенты, провел зарубежные исследования. Несмотря на то, что CLEAPL сталкивался с проблемами в России, которые были связаны с апробированием технологии в промышленном масштабе, тестировать решение удавалось за границей. Продукты и разработки CLEAPL есть во всем мире — от Южной Америки до Австралии.

Разработки CLEAPL победили и стали финалистами нескольких конкурсов и акселераторов. В 2019 году стартап получил грант программы Expo Live с возможностью участия на мировой выставке ЭКСПО 2020 в Дубае, ОАЭ (отбор из более чем 11 тыс. заявок из 180 стран). Ранее CLEAPL планировали представить свои разработки на выставках в РФ, но сделают это на всемирной выставке в 2021 году в Дубае. Соучредитель CLEAPL Иван Захаров стал верифицированным участником Фонда Будущего Дубая и одним из пяти финалистов из Европы конкурса, проводимого ООН — «Молодые чемпионы Земли» 2020.

«Благодаря поддержке программы Expo Live мир увидит продукты из биоразлагаемых пластиков, которые безвредны настолько, что их можно даже съесть. Я всегда стремлюсь к практичности, — говорит Иван Захаров, — Я уверен, что наша компания предлагает именно практичные решения для исправления проблемы загрязнения Земли. Миссия нашей компании — чистая планета».

Технологию производства CLEAPL можно представить в виде круговой экономики, где способ обработки растительного сырья — это его биомодификация. Проект прошел экспертизу европейскими инжиниринговыми компаниями, производителями и потребителями пластика, а также ведущими университетами Ирландии, Италии, Германии, Чехии, Швеции, Малайзии и России. Основные преимущества биомодификации — использование веществ растительного происхождения, их биоразлагаемость, использование в пищевой промышленности, а также невозможность их определения после реакции (это защищает технологию от копирования).

Планы и перспективы

Сегодня компания запускает производство биоразлагаемых и съедобных трубочек в Казани. Еще стартап заканчивает промышленные испытания по производству одноразовой посуды — стаканов, крышечек, ланч-боксов, тарелок и столовых приборов. Команда проекта ищет финансирование на создание производства одноразовой посуды. В долгосрочных целях хочет расширять продуктовую линейку вплоть до пленки и пакетов, выходить на международные рынки. В дальнейшем CLEAPL планирует выкупать свою использованную продукцию у потребителей для рециклинга изделий и собирать пищевые отходы у HoReCa для изготовления продукции.

Линия для производства биоразлагаемых пакетов

1. Экструдер: 45mm (30：1)

1.1 Мощность главного двигателя: 15kw (Китай)

1.2 Главный преобразователь частот: 15kw (Китай), 380V 50HZ

1.3 Максимальная скорость вращения шнека: 110r/min

1.4. Материал шнека и бака: 38CrMoAIA+PTA с азотизацией

a. Технология производства: горячая обработка, азотизация, гальванизация, вакуумная закалка

b. Особенности: высокая устойчивость, долгий срок службы

c. Пластификация: высокоэффективная пластификация, ровная поверхность выдува пленки

d. Конструкция: раздельный барабан, циркуляция воды охлаждения, легкая выгрузка сырья

1.5 Контроль температуры: 2 зоны, равномерный нагрев, автоматическое охлаждение при перегреве

1.6. Редукторная коробка: SG-25

Материал шестерни: 20CrMnTi, высокая твердость

1.7 Ручная смена сетки

2. Головка оборудования и циркуляция ветра (1 комплект) : вращающаяся головка 180 mm ABA

2.1 Диаметр головки: 100 mm, однослойная вращающаяся головка, высокая точность работы.

2.2 Материал головки: легированная сталь, устранение металлического усилия в течение 6 месяцев под естественным ветром, обработка температурой для увеличения твердости, защита от изменения формы в процессе использования.

2.3 Тип нагрева: керамический нагреватель

2.4 Тип циркуляции ветра: два отверстия 600mm, система разработана в Германии и произведена на Тайване, равномерный поток воздуха, высокая скорость охлаждения.

2.5 Мощность вентилятора: 1.5 kw, отсутствие шума, высокая износоустойчивость и долгий срок службы.

3. Тяговая система (1 комплект):

3.1 Первый двигатель тяги: 1.1kw (регулировка скорости преобразованием частот), совмещение стального и прорезиненного ролика.

3.2 Клинообразная пластина: вращающаяся алюминиевая пластина.

3.3 Ширина ролика тяги: 600mm, с использованием японского прорезиненного валика из этиленпропилендиенового каучука.

3.4 Тип сжимания валиков тяги: пневматика

4. Ручное сматывание рулона

4.1 Двигатель: 1.1kw, контроль скорости преобразованием частот

4.2Диаметр прорезиненного ролика сматывания: 600mm

4.3 Устройство автоматического подсчета количества

4.4 Два вала с пневматическим расширением

5. Система электрического управления (1 комплект)