9. Förnyelsebara polymera material Flashcards
Def. biobaserad
Biobaserad plast tillverkas helt eller delvis av biologiska resurser, ex växter, svampar, mikroorganismer. De är inte nödvändigtvis biologiskt nedbrytbara eller komposterbara.
Def. Bionedbrytbar
En nedbrytbar plast som bryts ner av naturliga mikroorganismer som bakterier, svampar och alger. Bildas sedan vatten, koldioxid och biomassa.
Def. Förnybar
Tillverkas av material från sockerväxter som sockerrör, sockerbetor och majs. Växterna är en förnybar resurs som omvandlas till bioetanol, som i sin tur omvandlas till bioplast.
Plastsorter bild
Biologisk nedbrytning- mekanismer
Komposterbara material
- Kemisk sammansättning: flyktiga ämnen, tungmetaller och fluor bör begränsas.
- Biologisk nedbrytbarhet: omvandling av >90 % av originalmaterialet till CO2, vatten och mineraler
genom biologiska processer inom 6 månader. - Desintegrerbarhet: minst 90% av den ursprungliga massan bör brytas ned till partiklar som
kan passera genom en 2x2 mm - Kvalitet: frånvaro av giftiga ämnen och andra ämnen som hindrar kompostering.
Polymerer från förnyelsebara källor
6 % av oljan används för polymertillverkning
- Mer hållbara polymerer behövs: att ersätta fossila råvaror med förnybara alternativ och generera material som är lämpliga för återvinning eller biologisk nedbrytning
- Tre tillvägagångssätt:
1. Biomassa för att göra kända monomerer eller polymerer såsom PET och polyeten
2. Framställning av nya ’hållbara’ material från förnybara råvaror, som t.ex polylaktid
3. Polymerer som erhålls direkt från biomassa, såsom stärkelse
Polymerer från förnyelsebara källor (CO2)
CO2
* 30–50 % av en polymers massa kan härröra från koldioxid, resten härleddfrån petrokemikalier
* ekonomiska och miljömässiga fördelar
* polymerisationer kan fortsätta med befintliga metoder
* inget beroende av jordbruket för råvaror eller av komplexa förbehandlingar och omvandlingar av monomerer
Polymerer från förnyelsebara källor (andra exempel) 1
- Terpener/terpenoider
- Behov av polymerisation
- Hög kostnad
- Mekaniska egenskaper sämre än de för petrokemiska polymerer
- Vegetabiliska oljor
- 150 Mt per år: majoriteten för livsmedel, 30 Mt som biobränsle, 20 Mt som kemikalier
- Kemiska sammansättningar kan variera inom olika grödor
Kolhydrater: de vanligaste källorna till hållbara monomerer
* Bio-PET: upp till 30 % av etylenglykolmonomeren tillverkas av stärkelse
* Bio-PE: från sockerrör, etenmonomer erhållen genom uttorkning av
etanol;
* kräver en välutvecklad sockerrörsindustri; främst från Brasilien
→samhällelig påverkan
Processer och egenskaper är identiska med de för petrokemiska material. De består och förorenar miljön!
Polymerer från förnyelsebara källor (andra exempel) 2
- Cellulosa
- Mest förekommande polymeren på jorden
- Framställd av växter och bakterier
- För mer än ett sekel används för
cellofan eller cellulosaacetat (används i
cigarettfilter) - Cellulosafibrer som används som förstärkningar i
kompositer, textilfibrer, attraktiva som
tekniska material - Stärkelse
- Huvudsaklig icke-syntetisk polymer
- Från matavfall (potatis, majs, ris etc.)
- Direkt bearbetad med tillsats av mjukgörare till filmer
- Lignin
- Avfallsprodukt från massa och
pappersindustrin - Bränns för närvarande som bränsle
- Behöver kemisk modifiering för att
appliceras i material
Applikationer/ användningsområden
- Förpackningar: utmanande för sådana material att
konkurrera ekonomiskt med petrokemi-härledda polymerer - Biobaserade polymerer för högre värde och
applikationer med högre prestanda (termoplastiska elastomerer, teknikplast eller komposit) - Den årliga plastproduktionen är >380 miljoner ton och ökar med en årlig takt på 4 %
- De tre huvudsakliga biologiskt framställda produkterna är polyetylentereftalat (PET), polyeten och polylaktid
- En fullständig omställning av de 170 miljoner ton global förpackningsplast som produceras per
år till skulle kräva 54 % av den nuvarande majsproduktionen och 60 % mer än Europas årliga sötvattenuttag
Utmaningar
- Ekonomi: minska produktionskostnaderna
- Effektivitet: omvandlingen av förnybara resurser och produktionen av polymerer måste vara hög
effektiv - End of life:
- Få polymerer har designats för att vara både helt biologiskt framställda och biologiskt nedbrytbara
- Återvinningsströmmar är ännu inte etablerade för biopolymerer
- Etik:
- Identifiera material eller monomer som lätt kan framställas från rikliga råvaror och gör
inte konkurrera om matresurser eller förändra ekosystemet - Återvinning av avfall från lantbruk eller industri är ett bra alternativ
- Utbildning: konsumenterna är förvirrade när det gäller bioplaster, på grund av inkonsekvent märkning, motsägelse, livscykelanalyser och “greenwashing”
Förhållningssätt
- Stödjande policy eller lagstiftning
- Liknande eller bättre bearbetningsförmåga och egenskaper än konventionell plast
- Applikationer med värdefulla marknader
- Livscykelanalys för att kvantifiera effekten av hållbara polymerer och jämföra med befintliga
fossilbaserad
Forskningen idag
Biokompositer
