بیوپلاستیک چیست؟

در دهه های اخیر، استفاده گسترده از پلاستیک های سنتی مبتنی بر سوخت های فسیلی، به یکی از چالش های جدی زیست محیطی در جهان بدل شده است. تولید انبوه این مواد، همراه با مصرف بی رویه و نبود سیستم های مدیریت مؤثر پسماند، منجر به انباشت میلیون ها تُن زباله ی غیرقابل تجزیه در اکوسیستم های طبیعی، اقیانوس ها و مناطق زیستی حساس شده است.

در چنین شرایطی، نیاز به یافتن جایگزین هایی پایدار، تجدیدپذیر و زیست تجزیه پذیر بیش از پیش احساس می شود. یکی از راهکارهای نوظهور و امیدوارکننده در این زمینه، توسعه و بهره گیری از «بیوپلاستیک ها» است. این مواد به خصوص در صنعت چاپ و بسته بندی کاربردهای زیادی دارند. این دسته از مواد با تکیه بر منابع زیستی و قابلیت هایی همچون تجزیه پذیری طبیعی، می توانند بخشی از معضل جهانی آلودگی پلاستیکی را کاهش دهند. این مقاله با هدف بررسی جامع بیوپلاستیک، به معرفی انواع آن، مواد اولیه، فرآیند تولید، مزایا، محدودیت ها و جایگاه آن در آینده ی توسعه پایدار می پردازد.

تعریف بیوپلاستیک

بیوپلاستیک ها به طور کلی به پلیمرهایی اطلاق می شود که یا منشأ زیستی دارند (زیست پایه هستند)، یا قابلیت تجزیه پذیری در شرایط طبیعی را دارند (زیست تخریب پذیر هستند)، یا هر دو ویژگی را به صورت هم زمان دارا می باشند. این پلیمرها در تولید نایلون بسته بندی نیز به کار می روند.

درک دقیق تر این مفهوم نیازمند تفکیک دو اصطلاح کلیدی زیر است:

• زیست پایه: به معنای آن است که ماده اولیه تولید پلاستیک از منابع طبیعی مانند گیاهان، جلبک ها یا پسماندهای آلی حاصل شده است.
• زیست تخریب پذیر: به این معناست که این مواد در حضور میکروارگانیسم ها، رطوبت و دمای مناسب، به عناصر ساده ای چون آب، دی اکسید کربن و زیست توده تبدیل می شوند.

شایان ذکر است که همه ی بیوپلاستیک ها لزوماً تجزیه پذیر نیستند و بالعکس، تمامی پلاستیک های تجزیه پذیر نیز از منابع زیستی تولید نمی شوند. این تمایز، در سیاست گذاری و استفاده صنعتی از این مواد بسیار حائز اهمیت است.

مواد اولیه مورد استفاده در تولید بیوپلاستیک

مواد اولیه بیوپلاستیک ها عمدتاً از منابع گیاهی یا زیست توده های آلی استخراج می شود. برخی از رایج ترین منابع عبارت اند از:

• نشاسته و ذرت: نشاسته، به ویژه از ذرت، سیب زمینی یا گندم، به دلیل فراوانی، هزینه پایین و سهولت تبدیل، یکی از منابع اصلی در تولید بیوپلاستیک های ساده است.
• نیشکر و چغندر قند: قندهای حاصل از این گیاهان، پس از تخمیر، به موادی مانند اسید لاکتیک تبدیل می شوند که پایه تولید PLA (پلی لاکتیک اسید) است.
• سلولز و چوب: این پلی ساکارید طبیعی، به وفور در گیاهان وجود دارد و از مشتقات آن مانند استات سلولز، در ساخت پلاستیک های مقاوم و سبک استفاده می شود.
• روغن های گیاهی: روغن سویا، کرچک و آفتاب گردان در تولید پلیمرهای انعطاف پذیر و نرم مانند پلی یورتان های زیستی نقش دارند.
• جلبک ها و زیست توده های دریایی: رشد سریع، نیاز نداشتن به زمین زراعی و بهره وری بالا، جلبک ها را به منبعی پایدار برای تولید بیوپلاستیک تبدیل کرده است.
• ضایعات کشاورزی و صنعتی: موادی مانند سبوس گندم، پوست برنج و تفاله های میوه، به عنوان منابع نوآورانه، نه تنها هزینه تولید را کاهش می دهند، بلکه به مدیریت بهتر زباله های آلی نیز کمک می کنند.

فرآیند تولید بیوپلاستیک

تولید بیوپلاستیک بسته به نوع ماده اولیه و کاربرد نهایی، شامل چند مرحله اصلی است:

• آماده سازی ماده اولیه: در نخستین مرحله، ماده زیستی مانند نشاسته، شکر، سلولز یا چربی های گیاهی آماده سازی می شود. این مرحله شامل فرآیندهایی مانند خرد کردن، آسیاب کردن، استخراج یا هیدرولیز است. هدف، به دست آوردن قندهای ساده یا مولکول های قابل تبدیل به مونومر است.
• تخمیر یا تبدیل شیمیایی: استفاده از میکروارگانیسم ها یا فرآیندهای شیمیایی برای تبدیل مواد خام به مونومرهایی مانند اسید لاکتیک یا اتانول.
• پلیمریزاسیون: در این مرحله، مونومرهای به دست آمده طی واکنش های پلیمریزاسیون به زنجیره های بلند پلیمری تبدیل می شوند. نتیجه این مرحله، تولید گرانول های پلیمری است که قابل استفاده در مراحل شکل دهی هستند.
• شکل دهی و قالب گیری: گرانول های تولیدشده وارد مرحله شکل دهی می شوند و بسته به کاربرد نهایی، با روش هایی مانند اکستروژن (پروفیل سازی)، قالب گیری تزریقی، دمشی یا فشاری، به اشکال مختلفی مانند فیلم، بطری، ظروف، کیسه یا قطعات صنعتی تبدیل می شوند.
• اصلاح خواص و افزودنی ها: در بسیاری از موارد، بیوپلاستیک خام نیاز به تقویت یا اصلاح دارد تا ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آن به سطح قابل قبولی برسد. افزودن پلاستی سایزرها، تثبیت کننده ها یا ترکیب با سایر پلیمرها می تواند خواصی مانند انعطاف پذیری، پایداری گرمایی و مقاومت مکانیکی را بهبود بخشد.

ویژگی ها و مزایای بیوپلاستیک ها

بیوپلاستیک ها به واسطه ویژگی های منحصر به فرد خود، جایگزینی جذاب برای پلاستیک های سنتی هستند:

• زیست تخریب پذیری: برخی از آن ها در محیط طبیعی تجزیه شده و آلودگی بلندمدت ایجاد نمی کنند.
• کاهش انتشار گازهای گلخانه ای: با جذب دی اکسید کربن در مرحله رشد منابع زیستی، ردپای کربن آن ها به مراتب کمتر از پلاستیک های فسیلی است.
• تجدیدپذیری منابع: استفاده از گیاهان، پسماندها و منابع دریایی، موجب استقلال از منابع محدود فسیلی می شود.
• ایمنی در تماس با مواد غذایی و زیستی: در کاربردهایی مانند بسته بندی غذایی یا ابزارهای پزشکی، عدم استفاده از ترکیبات سمی مانند فتالات ها، امتیاز بزرگی است.
• تطبیق پذیری با فرآیندهای صنعتی: قابلیت استفاده در خطوط تولید متداول پلاستیک، توسعه آن ها را تسهیل می کند.

محدودیت ها و چالش های بیوپلاستیک

با وجود مزایا، توسعه بیوپلاستیک ها با موانعی روبه روست که باید در برنامه ریزی صنعتی و سیاست گذاری در نظر گرفته شوند:

• هزینه ی بالای تولید: فرآیندهای بیوتکنولوژیک نسبت به تولید پلاستیک های سنتی گران تر هستند.
• محدودیت مقیاس تولید: عدم وجود زیرساخت های کافی، به ویژه در کشورهای در حال توسعه، گسترش صنعتی این حوزه را کند کرده است.
• رقابت با منابع غذایی: استفاده از گیاهان خوراکی در تولید صنعتی می تواند فشار بر امنیت غذایی ایجاد کند.
• تجزیه پذیری محدود در طبیعت: بسیاری از بیوپلاستیک ها تنها در کمپوست های صنعتی تجزیه می شوند.
• کمبود آگاهی عمومی و زیرساخت بازیافت: نبود شناخت کافی از تفاوت بیوپلاستیک با پلاستیک های سنتی، مانع از تفکیک صحیح و بازیافت مؤثر آن ها شده است.
• محدودیت در خواص فنی: مقاومت کمتر برخی از انواع بیوپلاستیک در برابر حرارت یا فشار، کاربرد آن ها را در صنایع خاص محدود کرده است.

کاربردهای بیوپلاستیک در صنایع مختلف

بیوپلاستیک ها با توجه به ویژگی های متنوعی که دارند، در سال های اخیر در طیف گسترده ای از صنایع مورد استفاده قرار گرفته اند. این کاربردها از محصولات مصرفی ساده گرفته تا تجهیزات پیشرفته صنعتی را در بر می گیرد. در ادامه، مهم ترین حوزه هایی که بیوپلاستیک ها در آن ها نقش ایفا می کنند بررسی می شود.

• صنعت بسته بندی: یکی از اصلی ترین بازارهای مصرف بیوپلاستیک، صنعت بسته بندی است. فیلم های پلاستیکی، بطری ها، ظروف یک بارمصرف، کیسه ها و سلفون های زیست پایه از جمله محصولاتی هستند که با بیوپلاستیک تولید می شوند. پلی لاکتیک اسید (PLA) و پلی هیدروکسی آلکانوآت ها (PHA) دو پلیمر رایج در این صنعت اند که به ویژه در بسته بندی مواد غذایی و نوشیدنی ها مورد استفاده قرار می گیرند.
• کشاورزی: در کشاورزی، از بیوپلاستیک ها برای تولید محصولاتی مانند مالچ پلاستیک های تجزیه پذیر، گلدان های زیستی، پوشش های بذر و ابزارهای مصرفی استفاده می شود.
• صنایع پزشکی و بهداشتی: بیوپلاستیک ها به دلیل زیست سازگاری و ایمنی بالا، در تولید تجهیزات پزشکی، بسته بندی دارو، نخ بخیه، ایمپلنت های زیستی و ابزارهای جراحی یک بارمصرف کاربرد دارند.
• خودروسازی: برخی خودروسازان به ویژه در اروپا و ژاپن، از بیوپلاستیک ها برای تولید قطعات داخلی خودرو مانند داشبورد، تزئینات کابین، دسته دنده و عایق های صدا استفاده می کنند.
• کالاهای مصرفی و لوازم خانگی: محصولاتی مانند ظروف آشپزخانه، ابزارهای یک بارمصرف، اسباب بازی، لوازم التحریر و قطعات الکترونیکی سبک از دیگر زمینه های کاربرد بیوپلاستیک هستند.

پیشنهاد مطالعه: فرایند بازیافت پلاستیک به چه صورت است؟

نتیجه گیری

بیوپلاستیک ها به عنوان پاسخی به بحران جهانی آلودگی پلاستیکی، رویکردی نوین و امیدبخش در مسیر توسعه پایدار ارائه می دهند. با تکیه بر منابع تجدیدپذیر و قابلیت هایی نظیر زیست تجزیه پذیری، آن ها توانسته اند توجه صنایع، پژوهشگران و سیاست گذاران را جلب کنند. در شرایطی که پلاستیک های فسیلی به یکی از اصلی ترین عوامل تخریب محیط زیست تبدیل شده اند، بیوپلاستیک ها می توانند گامی مؤثر در جهت کاهش ردپای کربن، بهینه سازی مصرف منابع و ارتقاء سلامت اکوسیستم ها باشند. گذار از پلاستیک های فسیلی به بیوپلاستیک نه تنها ضرورتی زیست محیطی بلکه فرصتی اقتصادی برای آینده ای سبز و پایدار است. این مسیر هرچند آسان نیست، اما با اراده جمعی و اقدام هوشمندانه، قابل تحقق خواهد بود.