Opakowania biodegradowalne w Chinach

wydany w Recykling – 2007-11
  DRUKUJ
W ostatnich latach obserwuje się gwałtowny rozwój demograficzny i gospodarczy Chin. Spektakularnemu wzrostowi produkcji towarzyszy ogromne zapotrzebowanie na surowce oraz zwiększanie się ilości powstających odpadów.

Międzynarodowe Centrum Nauki i Zaawansowanych Technologii (ICS) z siedzibą w Trieście (Włochy) jest autonomiczną instytucją w ramach Organizacji Rozwoju Przemysłowego Narodów Zjednoczonych (UNIDO). Misją Centrum jest transfer wiedzy, know-how i technologii z krajów rozwiniętych do krajów rozwijających się. W aktualnym programie pracy ICS poświęca szczególną uwagę tematyce związanej z chemią, ochroną środowiska, nowymi materiałami i zaawansowanymi technologiami. Jeden z tematów stanowią tworzywa sztuczne ulegające degradacji w środowisku naturalnym (ang. Environmentally Degradable Plastics, EDP). Zainteresowanie tą grupą materiałów wynika z globalnie obserwowanej ekspansji materiałów polimerowych we wszystkich dziedzinach życia. Porównanie dynamiki wzrostu produkcji podstawowych materiałów w minionych dekadach przedstawiono na rys. 1 (wielkość produkcji poszczególnych materiałów w 1970 r. przyjęto za 100).


Rys. 1. Dynamika rozwoju światowej produkcji podstawowych materiałów

Tworzywa sztuczne nie bez powodu są nazywane materiałami XXI w. Przemawia za nimi cena, mały ciężar właściwy, łatwość formowania, atrakcyjny wygląd, a także dobre właściwości użytkowe. Ich zalety są dostrzegane i wykorzystywane przede wszystkim w krajach rozwiniętych, jednak ze względu na ich oczywiste korzyści należy oczekiwać w najbliższych latach gwałtownego rozwoju zużycia tworzyw sztucznych także w krajach rozwijających się. Taki scenariusz wywoła jednak problem odpadów i konieczność ich zagospodarowania. Materiały polimerowe są powszechnie stosowane do produkcji opakowań, które z racji krótkiego cyklu życia stanowią największy problem dla środowiska.
Obecnie zdecydowana większość odpadów trafia na składowiska, gdzie stanowią balast nieulegający biodegradacji. Obiegowo powielany pogląd o biodegradacji butelek PET, folii polietylenowej itp. w ciągu 200-400 lat należy włożyć między bajki, ponieważ dobrze już poznane mechanizmy degradacji wykluczają samorzutną biodegradację produktów wielkocząsteczkowych (o masie cząsteczkowej kilkaset tysięcy) na składowisku odpadów.
Metody sensownego zagospodarowania odpadów opakowaniowych, które są praktykowane w świecie od kilkudziesięciu lat, obejmują recykling mechaniczny (ponowne przetwórstwo), chemiczny (otrzymywanie surowców chemicznych), pirolizę (do paliw) oraz spalanie z odzyskiem energii. Metoda recyklingu organicznego materiałów polimerowych (kompostowanie) pojawiła się stosunkowo niedawno wraz z opracowaniem polimerów innych od tradycyjnie stosowanych. Mają one porównywalne właściwości użytkowe, jednak ulegają degradacji w środowisku naturalnym. Przeniesienie punktu ciężkości z metod utylizacji odpadów na inny rodzaj materiału stanowi zmianę o strategicznym znaczeniu. Stąd też temat EDP jest bardzo intensywnie rozwijany w ICS UNIDO, jako łączący najnowsze światowe osiągnięcia w zakresie chemii, ochrony środowiska, nowych materiałów i zaawansowanych technologii.

Tworzywa degradowalne
W myśl międzynarodowych standardów pojęcie materiałów degradowalnych i ich podział wiąże się z określonym znaczeniem.
Tworzywa degradowalne to materiały ulegające istotnym zmianom budowy chemicznej pod działaniem określonych warunków środowiska. Natomiast tworzywa fotodegradowalne ulegają degradacji pod wpływem światła dziennego, a oksydegradowalne degradują się (utleniają) przy dostępie powietrza. Tworzywa ulegające degradacji w wodzie nazywa się hydroksydegradowalnymi. Biodegradacja ma miejsce w wyniku działania czynników biologicznych, w szczególności enzymów. Poza tym tworzywa biodegradowalne pod wpływem czynników biologicznych ulegają mineralizacji z wytworzeniem dwutlenku węgla lub metanu, wody i biomasy. Tworzywa kompostowalne ulegają biodegradacji w warunkach kompostowania. Stosowne normy określają zarówno zakres, warunki i czas degradacji, aby tworzywa można było uznać za biodegradowalne. Analogicznie określane są warunki kompostowania i wymagane skutki w postaci zmiany stanu tworzywa, aby można zaliczyć materiały do kompostowalnych.
Biodegradowalne materiały polimerowe mogą być wytwarzane z surowców naturalnych lub syntetycznych. Pod względem sposobu otrzymywania polimery biodegradowalne dzieli się na cztery grupy. Pierwszą stanowią tworzywa otrzymywane przez bezpośrednią ekstrakcję z biomasy: polisacharydy (skrobia, celuloza, chitozan); proteiny (pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego). Do drugiej grupy należą tworzywa syntetyzowane z monomerów pochodzących z przyrody (polikwas mlekowy PLA z kwasu mlekowego otrzymanego przez fermentację skrobi). Kolejnym sposobem ich wytwarzania jest produkcja przez mikroorganizmy (polimery i kopolimery kwasu 3-hydroksy masłowego PHB i 3-hydroksy walerianowego PHV, celuloza bakteryjna). Wreszcie tworzywa biodegradowalne syntetyzuje się z surowców petrochemicznych (polialkohol winylowy PVA, polikwas glikolowy PGA, polikaprolakton PCL, poliestry alifatyczno-aromatyczne).
Do niedawna polimerowe materiały biodegradowalne uważane były za marginalne z uwagi na wysoką cenę. Uruchomienie produkcji wielkotonażowej polikwasu mlekowego (PLA) w USA (140 tys. ton) oraz w ostatnim czasie w Chinach (120 tys. ton) umożliwiło znaczną obniżkę cen – do poziomu porównywalnego z masowo stosowanym politereftalanem etylenu (PET). W USA sprzedawana jest już woda mineralna w butelkach wytwarzanych z PLA.

Tworzywa w Chinach
W ostatnich latach obserwuje się gwałtowny rozwój demograficzny i gospodarczy Chin. Spektakularnemu wzrostowi produkcji towarzyszy ogromne zapotrzebowanie na surowce oraz wielka ilość powstających odpadów. Spowodowało to zachwianie równowagi na światowym rynku surowców, zwłaszcza ropy naftowej. Wprawdzie jest to głównie surowiec energetyczny, ale także podstawowe źródło surowców do produkcji tworzyw sztucznych. Obserwując obecne tendencje, należy oczekiwać, że w perspektywie kilku lat Chiny staną się krajem zużywającym najwięcej tworzyw sztucznych na świecie (rys. 2).


Rys. 2. Zużycie tworzyw sztucznych w Chinach (2010 – prognoza)

Związane z tym problemy dostępności surowca oraz zagospodarowania odpadów zwróciły uwagę rządu oraz przemysłu chińskiego na materiały przyjazne środowisku, w szczególności zaś na tworzywa biodegradowalne. Surowcem do ich wytwarzania może być biomasa, produkowana co roku w bardzo dużych ilościach (ryż 195 mln ton, kukurydza 125 mln ton, pszenica 123 mln ton, odpady celulozowe powstające w procesie upraw rolnych ok. 1 mld ton). Zapotrzebowanie Chin na opakowania polimerowe wyniosło w 2005 r. 5,5 mln ton. Jeśli tylko 30% z nich nie zostanie zagospodarowane, w środowisku pozostanie 1,65 mln ton odpadów. Ponadto wg Ministerstwa Rolnictwa powierzchnia folii używanej do ściółkowania w 2005 r. wyniosła 170 mln m2, co łącznie z doniczkami do produkcji sadzonek określa zapotrzebowanie na materiały degradowalne na poziomie 1,2 mln ton. Tak więc alternatywą niezbędną dla Chin są tworzywa ulegające degradacji w środowisku naturalnym.
Tworzywami biodegradowalnymi zajmuje się w Chinach ponad 100 przedsiębiorstw i ośrodków badawczych, wspieranych ze szczebla poszczególnych ministerstw w ramach programów zwiększenia innowacyjności i rozwoju przemysłu high tech. Przedmiotem zainteresowania są w pierwszej kolejności materiały oparte na skrobi. Prowadzone są m.in. prace nad modyfikacją jej powierzchni w celu poprawy kompatybilności z innymi polimerami (Tianjin Danhai, Nanjing Sushi), a także nad chemicznymi i mikrobiologicznymi metodami wytwarzania innych polimerów biodegradowalnych. Szereg opracowań zostało wdrożonych do produkcji w skali pilotowej. Przykładem może być kopolimer PHBV, produkowany w ilości kilku tysięcy ton (Tianan Biologic Material) ale najbardziej spektakularny przykład stanowi produkcja PLA, która zajmuje już drugie miejsce w świecie. Opracowane materiały ulegają biodegradacji, fotodegradacji, fotobiodegradacji bądź fotooksydacji. Znajdują one zastosowanie m.in. w rolnictwie (folie do ściółkowania, doniczki do produkcji sadzonek), w sektorze opakowań (folia opakowaniowa, torby na zakupy w supermarketach, worki do ziemi kompostowej, worki na odpady), gastronomii (naczynia i sztućce, serwetki), higieny medycznej (pampersy) oraz w sektorze wypoczynku i rozrywki (okulary plażowe, klapki, akcesoria golfowe).
Przykładowo produkowane są tacki do pakowania owoców z tworzywa AgroResin (Grenidea Technologies) wytwarzanego z odpadów powstających przy produkcji oleju palmowego. Mogą one być także produkowane z biomasy innego pochodzenia. Innym przykładem asortymentu są sztućce jednorazowe wyprodukowane z kopolimeru PHBV.
W Chinach powstała już Grupa Normalizacyjna Materiałów Biodegradowalnych, która wyznacza standardy jakości i współpracuje w tym względzie z międzynarodowymi organizacjami. Jest to konieczne wobec gwałtownego rozwoju tych materiałów w Chinach (rys. 3) oraz dużego zainteresowania międzynarodowego rynkiem chińskim i produkowanymi tam materiałami biodegradowalnymi.


Rys. 3. Produkcja tworzyw degradowalnych i biodegradowalnych w Chinach (tys. ton)

Olimpiada w Pekinie
Doskonałą okazję do promowania tworzyw biodegradowalnych stanowi Olimpiada w Pekinie, która z racji zaplanowanych rozwiązań ekologicznych ma być „Zieloną Olimpiadą”. Znajomość tworzyw biodegradowalnych w społeczeństwie Chin jest marginalna, stąd też w pierwszej kolejności ICS UNIDO postanowiło poszerzyć stan wiedzy na ten temat wśród odpowiednio dobranej grupy społecznej. Tej tematyce został poświęcony cykl seminariów. W 1999 r. zorganizowano w Szanghaju warsztaty „Environmentally Degradable Plastics: Materials Based on Natural Resources”. W 2002 r. odbyły się w Pekinie kolejne warsztaty “Bio/Environmental Degradable Plastics”. W 2004 r. zorganizowano kolejne: „Use of Ecoplastics in China and Development and Promotion of the joint GREENOLYMP Project”. Dwa ostatnie zorganizowane zostały na Uniwersytecie Tsinghua w Pekinie, należącym do najlepszych uczelni technicznych w kraju. Celem seminariów było upowszechnienie wiedzy o tworzywach biodegradowalnych wśród przedstawicieli agencji rządowych, regionalnych wydziałów ochrony środowiska, wyższych uczelni oraz przemysłu tworzyw sztucznych. Temu celowi służą też wystawy tematyczne oraz konferencje organizowane w Chinach. Praktycznym wymiarem tej wiedzy ma być stosowanie materiałów degradowalnych podczas Olimpiady w 2008 r. Projekt ten omawiano m.in. w 2006 r. w Trieście podczas spotkania delegacji Komitetu Olimpijskiego Pekin 2008 oraz ICS UNIDO.
Kolejne warsztaty poświęcone wprowadzaniu tworzyw EDP podczas XXIX Olimpiady „Green Olympics, Green Materials/Plastics and Sustainable Industrial Production” odbędą się w Pekinie (27-29 października 2007 r.).

dr hab. inż. Marek Kozłowski, prof. PWr,
Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska,
Centrum Doskonałości Recyklingu Materiałów, Wrocław

Ten artykuł jest dostępny dla wszystkich

Z prenumeratą cyfrową lub papierową uzyskasz
bezpłatny dostęp do wszystkich treści.

Sprawdź ofertę prenumeraty

Zaloguj się  |  Prenumerujesz? – otrzymaj dostęp

comments powered by Disqus