تولید بیوپلاستیک از منابع تجدید پذیر

تولید بیوپلاستیک از منابع زیست توده تجدید پذیر

بیوپلاستیک‌ها سازگار با محیط زیست و زیست تخریب پذیر هستند. از این رو، راهی موثر برای جایگزینی پلاستیک‌های معمولی محسوب می‌شوند. در این مطالعه، پنج محصول مختلف برداشت شده و سپس از هر محصول نشاسته استخراج شد. از نشاسته تهیه شده نیز به عنوان منبعی برای تولید بیوپلاستیک استفاده شد. از نشاسته‌های مختلف بیوپلاستیک‌های مختلف تولید شد. حداکثر تولید نشاسته (369 گرم) در سورگوم بود. با افزودن گلیسرول 15 درصدی به عنوان نرم کننده توانستیم از نشاسته بیوپلاستیک تولید کنیم. گلیسرول انعطاف پذیری بیوپلاستیک را افزایش می‌دهد. از سدیم متا بی سولفات به عنوان یک ماده ضد میکروبی استفاده شد. حداکثر تولید پلاستیک از نشاسته ذرت 28.26 گرم بود. پس از تولید بیوپلاستیک، پارامترهای کیفی مانند استحکام کششی، تست کشیدگی و تست تجزیه پذیری نیز مورد مطالعه قرار گرفتند. محاسبه استحکام کششی، میزان کشش و چقرمگی در نمونه بیوپلاستیک‌ها بسیار مهم است. با این حال، استحکام کششی ذرت 80/5 مگاپاسکال است که بالاتر از دیگر نمونه‌ها بود. آزمایش کشیدگی انجام شد و حداکثر کشیدگی در بیوپلاستیک تهیه شده از نشاسته سیب زمینی بود؛ حدود 1.89 سانتیمتر. در تست تجزیه پذیری، بیوپلاستیک تهیه شده از برنج به زمان بیشتری برای تجزیه نیاز دارد. سرعت تجزیه بیوپلاستیک تهیه شده از برنج 5.67 گرم درطول 10 روز بود درحالی که تجزیه پذیری بیوپلاستیک تهیه شده از سورگوم سریع تر از سایر محصولات بود. در این مطالعه، پلاستیک زیست تخریب پذیر تولید شده از نشاسته جدا از دیگر محصولات انجام شد. اگرچه نمونه پلاستیکی تولید شده ممکن است ویژگی‌های یک پلاستیک تولید شده از مواد شیمیایی را نداشته باشد اما ازنظر زیست تخریب پذیری عملکرد خوبی دارد. همچنین اثبات شد که استحکام کششی این نوع پلاستیک می‌تواند به اندازه یک پلاستیک معمولی باشد. بیوپلاستیک حاوی مواد شیمیایی مضر نیست و ازطرفی، به ما در حفاظت از محیط زیست کمک خواهد کرد.

بیوپلاستیک‌ها پلاستیک‌هایی هستند که از منابع زیست توده تجدید پذیر مانند چربی‌های گیاهی، نشاسته ذرت یا میکرو بیوتا به دست می آیند. بیوپلاستیک‌ها سازگار با محیط زیست و زیست تخریب پذیر هستند؛ بنابراین می‌توانند روشی موثر برای جایگزینی پلاستیک‌های معمولی باشند. نشاسته منبعی برای تولید بیوپلاستیک‌ها است. فیلم‌های بیوپلاستیک مختلفی از نشاسته‌های مختلف سیب زمینی، سیب زمینی شیرین، برنج، سورگوم و ذرت تولید شد. بی جرنیک برای اولین بار در سال 1888 PHA ها (پلی هیدروکسی آلکانوت‌ها) را به عنوان اجسام انکساری درون سلول‌های باکتری مشاهده کرد. با این حال، ترکیب PHA (پلی هیدروکسی آلکانوت‌ها) توسط لیموین تنها در سال 1926 ایجاد شد. اگرچه این بیوپلیمرها در دهه 1960 به رسمیت شناخته شدند، اما استفاده از آن تنها در اواخر دهه 1970 به طور جدی مورد توجه قرار گرفت. در سال 1976، ICI (صنایع شیمیایی امپریال) انگلستان بررسی کرد که آیا می‌توان با تخمیر میکروبی PHB (پلی هیدروکسی بوتیرات) را تولید کرد یا خیر. در سال 1993، محصولات زیستی زنکا فعالیت‌های ICI (صنایع شیمیایی امپریال) را در دست گرفته و در سال 1996 مونسانتو تجارت تولید بیوپلاستیک از زنکا را آغاز کرد. مونسانتو در سال 1998 فعالیت خود را تعطیل کرد اما تولیدکنندگان جدید دیگری در این زمینه فعال شدند. از آن زمان تاکنون متابولیکس، پروکتر اند گمبل، دوپونت، جنرال موتورز و تویوتا مهمترین آنها هستند. BIOPOL یک بیوپلاستیک در بازار است. حدود 4 درصد از کل ذخایر نفت جهان برای تهیه پلاستیک استفاده می‌شوند که امروزه به سرعت روبه اتمام است. در مجموع 36.5 میلیون تن در سال (36.5 کیلوگرم به ازای هر فرد) زباله شهری در هند تولید می‌شود. بی ثباتی قیمت نفت در چند سال گذشته به دلیل تنش‌های سیاسی در خاورمیانه و افریقا موجب شد تا دسترسی به منابع بیولوژیکی مانند نشاسته ذرت، تاپیوکا، کاساوا، گندم، برنج وغیره به راحتی در مقادیر زیاد فراهم شود. امروزه انواع مختلفی از بیوپلاستیک‌ها تولید شده‌اند ازجمله بیوپلاستیک‌های تهیه شده از سویا، نشاسته، پلی لاکتید (بیشتر از گیاهان)، پلی 3-هیدروکسی بوتیرات (PHB)، پلی 3-هیدروکسی آلکانوت‌ها (PHA)، پلی استرهای آلیفاتیک بیوپلاستیک و پلی لاکتیک اسید (PLA). تمام پلاستیک‌ها پلیمر محسوب می شوند. پلیمرها مولکول‌های بزرگ متشکل از واحدهای تکرار شونده زیادی هستند که مونومر نامیده می‌شوند. دانه‌های نشاسته از آمیلاز و شاخه‌های مولکولی آمیلوپکتین تشکیل شده است.

در این آزمایش پنج نوع نشاسته سیب زمینی، ذرت، سیب زمینی شیرین، سورگوم و برنج واحدهای تکرارشونده‌ای از مولکول‌های گلوکز را فراهم نمودند که زنجیره‌های پلیمری را تشکیل می‌دهند. ترکیبات مختلف این نشاسته‌ها خواص مکانیکی پلاستیک‌های به دست آمده را تحت تاثیر قرار می‌دهند. همچنین نقش گلیسرول به عنوان افزودنی در ویژگی‌هایی مانند انعطاف پذیری، شکنندگی و شفافیت مورد بررسی قرار گرفت. یک فیلم پلاستیکی ساخته شده است؛ از آزمون کششی با یافتن نیروی مورد نیاز برای شکستن پلاستیک به منظور بررسی استحکام نمونه‌ها استفاده شد. دانشمندان پلیمر به طور معمول از روش تست کششی برای تعیین کمیّت چقرمگی و کششی بسیاری از مواد مختلف استفاده می‌کنند. استحکام کششی (یا تنش) با تقسیم نیروی وارد شدۀ مورد نیاز برای شکستن نمونه، براساس سطح مقطع، محاسبه می‌شود. با این کار، اندازه نمونه و همچنین نیروی اعمال شده نیز محاسبه می‌شود. به دلیل پراکندگی بازار و تعاریف مبهم، تفسیر کلی بازار برای بیوپلاستیک‌ها دشوار است اما ظرفیت تولید جهانی 327000 تن تخمین زده شده است. داده‌ها با همکاری موسسه تحقیقاتی IFBB بیوپلاستیک‌ها و بیوکامپوزیت‌ها (دانشگاه علوم کاربردی و هنر هانوور، آلمان) گردآوری شد. باتوجه به داده‌های موسسه نووا (هورث، آلمان)، ظرفیت تولید جهانی بیوپلاستیک از حدود 1.7 میلیون تن در سال 2014 به حدود 7.8 میلیون تن در سال 2019 (بیوپلاستیک اروپایی) افزایش خواهد یافت.

در هند عدم آگاهی به ویژه از بازاری که با محصولات سازگار با محیط زیست سروکار دارد، محسوس است اما این پتانسیل برای شرکت‌هایی که قصد ورود به این بازار را دارند نیز وجود دارد. جامو و کشمیر اولین ایالت‌ها در هند هستند که تاسیسات اختصاصی تولید محصولات بیوپلاستیکی در آنجا نصب شده و میزان این تاسیسات نصب شده حدود 960 تن متریک در سال است. صنایع کشاورزی جامو و کشمیر سرمایه گذاری مشترک خود را با موسسه "روح زمین" هند را باهدف راه اندازی اولین تاسیسات بیوپلیمری یکپارچه در این کشور آغاز کردند که می‌تواند 100 درصد محصول زیست تخریب پذیر و کمپوست پذیر را تولید کند. صنایع راوی در مهاراشترا، هاریتا NTI و کیسه‌های بیوتک در تامیل نادو نیز پیشگامان تولید بیوپلاستیک در هند هستند. یکی از این واحدهای تولیدی که در شمال هند واقع شده است، سالانه 30 تا 40 تن پلاستیک زیست تخریب پذیر به صورت گرانول تولید می‌کند. تست کیفیت محصولات آنها در موسسات تحقیقاتی برتر هند آزمایش شده است. آنها اساسا بر روی بخش بسته بندی (کیسه حمل، کیسه خرید، گونی بافته شده، ظروف یکبار مصرف وغیره) متمرکز هستند. قیمت فروش پلاستیک زیست تخریب پذیر هر کیلوگرم 100-80 روپیه است درحالی که قیمت یک محصول پلاستیکی معمولی هر کیلوگرم 70-60 روپیه است. با این حال، مالیات غیرمستقیم 16 درصدی برای تمامی محصولات وضع شده است. متاسفانه محدودیت‌های هزینه‌ای بازار این صنایع و تولید آنها را محدود کرده است.

کلام آخر

در این مطالعه، فرایند تولید پلاستیک زیست تخریب پذیر از نشاسته استخراج شده از محصولات مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بیوپلاستیک‌ها می‌توانند به ما در حفاظت از محیط زیست کمک کنند و این کار امنیت آینده را که نباید نادیده گرفته شود، و همچنین بیوپلاستیک‌ها را از همه لحاظ تامین می‌کند.