يمكن أن تكون المواد البلاستيكية القابلة للتحلل بيولوجيًا أو تعتمد على الوقود الأحفوري. تم إنتاج أنواع جديدة من البلاستيك في السنوات الأخيرة لمعالجة مشكلة التلوث البلاستيكي، من خلال محاولة اختصار الوقت اللازم لتحللها، خاصة في الظروف الطبيعية. ومع ذلك، لم تحقق جميع المواد البلاستيكية القابلة للتحلل البيولوجي حاليًا هذا الهدف.
تعريف المواد البلاستيكية القابلة للتحلل
المواد البلاستيكية القابلة للتحلل هي تلك التي يمكن أن تتحلل بفعل الميكروبات لإنتاج منتجات نهائية طبيعية، مثل الماء وثاني أكسيد الكربون، في فترة زمنية معقولة.يعتمد الوقت اللازم للتحلل بشكل كامل على المادة والظروف البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة وموقع التحلل وفقًا لمعهد المنتجات القابلة للتحلل (BPI ص 2).
المواد البلاستيكية القابلة للتحلل هي تلك التي تتحلل بسرعة وتتحول إلى دبال غير ملوث بالمعادن. ليست كل المواد البلاستيكية القابلة للتحلل قابلة للتحلل؛ البعض فقط.
يجب أن تفي المواد بمواصفات ASTM D6400 أو D6868 ليتم تسميتها قابلة للتحلل الحيوي وقابلة للتحويل إلى سماد على الأرض، وتلبي مواصفات ASTM D7081 للبيئات البحرية. ASTM هي مجموعة معايير المنتجات العالمية.
بلاستيك بوليستر ذو أساس حيوي يتحلل بيولوجيًا
تسمى المواد البلاستيكية المشتقة من النباتات بالبلاستيك الحيوي. ليست كل هذه الأشياء قابلة للتحلل؛ على سبيل المثال، توجد زجاجات PET ذات أساس حيوي مصنوعة لتكون متينة.المواد البلاستيكية الحيوية التي تتحلل بيولوجيًا مصنوعة من مادتين: الكتلة الحيوية والبوليسترات المشتقة من النباتات. هناك نوعان من البوليسترات ذات الأساس الحيوي: حمض متعدد اللاكتيد (PLA) وبولي هيدروكسي ألكانوات (PHA).
بولي هيدروكسي ألكانوات (PHA)
يتم إنتاج PHA بشكل طبيعي عن طريق البكتيريا ونباتات الكائنات المعدلة وراثيًا، ولكن هناك خطط لمحاولة الإنتاج من مخلفات الطعام. Polyhydroxybutyrate أو PHB هو أيضًا نوع من PHA يُستخدم على نطاق واسع. يعد تصنيع PHAs مكلفًا حيث يمكن إنتاج كميات محدودة فقط من البكتيريا.
- الاستخدامات:تستخدم PHAs في أغلفة الطعام، والأكواب، والأطباق، وطلاء للورق والكرتون، و" العديد من الاستخدامات الطبية، بما في ذلك الغرز والشاش وطلاءات الأدوية" وفقًا لتقرير صادر عن مركز التعاون الصناعي والتعليمي (CIEC report). يمكن أن يحل محل معظم أنواع البلاستيك الرئيسية القائمة على الوقود الأحفوري المستخدمة حاليًا، مثل PE وPS وPVC وPET.
- بلاستيك النشا/السليلوز المخلوط بـ PHA: بعض العناصر البلاستيكية مصنوعة بالكامل من PHA، كما في حالة زجاجات المياه التي تحتوي على ملاحظات Bio Based Press. ومع ذلك، نظرًا لأن إنتاج PHA باهظ الثمن، فإنه يتم مزجه أيضًا مع النشا والسليلوز لجعله أكثر اقتصادا. وهذا له ميزة إضافية تتمثل في تحسين معدل التحلل وفقًا لمجلة دارتموث الجامعية للعلوم (DUJS).
- التحلل الحيوي: يمكن أن يتحول إلى سماد كامل في البيئات الغنية بالميكروبات والفطريات، وخاصة التربة. تقوم هذه الميكروبات بتفكيك PHA بمساعدة الإنزيمات. يعتمد الوقت اللازم للتحلل على تركيز الميكروبات في البيئة.
- يستغرق PHA شهرين ليتحلل في الأفنية الخلفية، وفقًا لما ذكرته Bio Based Press.
- معدل التحلل أبطأ بكثير في المياه البحرية حيث يتحلل أقل من 50% بعد ستة أشهر يضيف CalRecycle (صفحة 6). اجتاز PHA اختبار ASTM D7081 من خلال إظهار تحلل 30% خلال ستة أشهر (صفحة 7).
حمض متعدد اللاكتيد (PLA)
يوضح DUJS أن PLA عبارة عن لدن حراري يتم تصنيعه من خلال التخمير بواسطة البكتيريا. PLA هي في الواقع سلسلة طويلة من العديد من جزيئات حمض اللاكتيك. نظرًا لوجود العديد من الوسائل غير المكلفة لإنتاج حمض اللاكتيك، فلا يلزم سوى بلمرتها أو ضمها. لذلك، PLA أقل تكلفة من PHA. ومع ذلك، فإن PLA هش وتطبيقه مقيد أكثر من PHA. يتغلب المصنعون على هذه المشكلة عن طريق إضافة مواد مضافة أو بوليمرات.
- الاستخدامات: يتم تصنيعه في أكياس البقالة، وتغليف المواد الغذائية، والزجاجات، والأكواب، والأطباق. نظرًا لأنه يتحلل جيدًا في وجود الأحماض، فإنه يستخدم في بعض التطبيقات الطبية مثل الغرز والألواح الطبية، حيث يذوب بعد 90 يومًا (كما يشير تقرير CIEC). كما أنها تستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد للأشياء.
- خلائط PLA والبوليمرات: يمكن أيضًا مزج PHA مع البوليمرات من مصادر متجددة لتحسين صفاتها وفقًا لـ DUJS.
- التحلل الحيوي: لا يمكن تحويل PLA إلى سماد بسهولة في الفناء الخلفي لأن درجة الحرارة ومستويات المياه المطلوبة غير متوفرة في هذه البيئة.
- PLA يمكن أن يستغرق من ستة إلى 12 شهرًا ليتحلل في التربة.
- يستغرق جيش التحرير الشعبى الصينى ثلاثة إلى ستة أشهر حتى يتحلل في المنشآت التجارية، كما يشير World Centric.
- عندما يحدث التحلل في وجود الأكسجين فإن النواتج النهائية هي ثاني أكسيد الكربون والماء.
- إذا حدث تحلل PLA في مدافن النفايات بدون أكسجين، فإنه ينتج غاز الميثان الذي يكون أكثر ضررًا بالبيئة بعشرين مرة من نقاط ثاني أكسيد الكربون الصادرة عن الجمعية الكيميائية الأمريكية (ص. 2).
- PLA لم يجتاز اختبار ASTM D7081 حيث تحلل 3% فقط في المياه البحرية بعد ستة أشهر وفقًا لـ CalRecycle (صفحة 7).
بما أن PLA لا يتحلل بسرعة في التربة أو مياه البحر، فقد يصبح هذا مشكلة عند رمي النفايات.
مواد بلاستيكية قابلة للتحلل تعتمد على الكتلة الحيوية
البلاستيك المعتمد على الكتلة الحيوية مصنوع من النشا والسليلوز الذي يتم الحصول عليه من بقايا المحاصيل وكذلك الخشب من الأشجار.
خلات السليلوز
خلات السليلوز (CA) هو منتج اصطناعي مشتق من السليلوز الموجود في كل جزء من النبات. يُستخدم السليلوز حاليًا من القطن والخشب ومخلفات المحاصيل وفقًا لمنشور علمي صدر عام 2018. ويمكن استخدام ذلك لتشكيل البلاستيك الصلب المقولب، ومرشحات السجائر، والطلاءات، وأفلام الصور الفوتوغرافية، والمرشحات. السيلوفان هو فيلم قابل للتحلل يتم إنتاجه من السليلوز. هناك بحث جديد مستمر للعثور على أفلام بلاستيكية جديدة من نفايات المحاصيل والمواد الخشبية المقاومة للماء وقابلة للتحلل وفقًا لموقع Phys.org.
قابلية التحلل الحيوي: تظهر الأبحاث أن CA يتحلل وينخفض وزنه بنسبة 70% بعد 18 شهرًا في الطبيعة.
النشا
ملاحظات مراجعة عام 2017 تتم معالجة النشا بالحرارة والماء والمواد البلاستيكية لإنتاج لدن بالحرارة. لتحسين قوتها، يتم دمجها مع الحشوات المصنوعة من مواد أخرى. المصادر الرئيسية للنشا هي الذرة والقمح والبطاطس والكسافا. ويستخدم هذا البلاستيك في التعبئة والتغليف والأكياس وأغشية المهاد الزراعية وأدوات المائدة وأواني الزهور والقوالب لصناعة التعبئة والتغليف والسلع الاستهلاكية. يُنظر إليه كبديل للبوليسترين (PS) وفقًا لمنتدى تغليف المواد الغذائية. تتم إضافة النشا إلى المواد البلاستيكية التقليدية والحيوية لجعلها أكثر قابلية للتحلل الحيوي (تقرير فيز 2017).
قابلية التحلل الحيوي: يمكن أن تكون المواد البلاستيكية القائمة على النشا قابلة للتحلل أو قابلة للتحلل فقط. تتطلب المتغيرات القابلة للتحلل 90 يومًا للتحلل في المنشآت الصناعية، بينما تتطلب الأنواع القابلة للتحلل الحيوي 100 يوم حتى تتحلل بنسبة 46% وما يصل إلى عامين لتتحلل تمامًا.
مواد بلاستيكية قابلة للتحلل تعتمد على الوقود الأحفوري
وفقًا لدليل البلاستيك الحيوي، هناك عدد قليل من بلاستيك الوقود الأحفوري الجديد الذي يمكن أيضًا أن يتحلل حيويًا. وأكثرها شيوعًا هي بولي بيوتيلين سكسينات (PBS)، بوليكابرولاكتون (PCL)، بوليبوتيرات أديبات تيريفثاليت (PBAT) وكحول البولي فينيل (PVOH/PVA).
- PBAT هو بوليمر يتم إنتاجه من مشتقات الوقود الأحفوري ويستخدم أحيانًا مع النشا. وتجري الجهود لإنتاج هذا البوليمر من مصادر متجددة. يرى دليل البلاستيك الحيوي أنه بديل للـ LDPE وHDPE. يتم استخدامه لصنع أكياس القمامة وأفلام التغليف والتغليف وأدوات المائدة التي تستخدم لمرة واحدة (الأكواب والأطباق وما إلى ذلك). إنها ليست فقط قابلة للتحلل البيولوجي ولكنها قابلة للتحلل أيضًا.
- PCL عبارة عن بوليستر صناعي يستخدم لصنع أكياس قابلة للتحلل، في التطبيقات الطبية (الخيوط والألياف)، كطلاءات للأسطح، ومواد لاصقة للأحذية والجلود، ومواد تقوية للأحذية والأحذية. الجبائر العظام.يمكن أن يتحلل هذا البلاستيك بواسطة الخمائر. أكثر من 90% من الأفلام، و40% من الرغوة المصنوعة من هذه المادة يمكن أن تتحلل خلال 15 يوماً.
- PBS عبارة عن راتنج يتم إنتاجه من الوقود الأحفوري أو يمكن أيضًا أن يكون قائمًا على أساس حيوي وفقًا لـ Succinity (ص 1، 5). ويمكن دمجه مع بوليمرات أو ألياف حيوية أخرى مثل الجوت لتحسين جودته. يتم استخدام PBS في صناعة عبوات المواد الغذائية وأدوات الخدمة وأغطية المهاد الزراعية وأواني النباتات ومنتجات النظافة مثل الحفاضات وشباك الصيد.
- PVOH عبارة عن راتينج يمكن استخدامه في صناعة أفلام التغليف التي يمكن أن تحل محل LDPE وHDPE. تطبيقاته المهمة الأخرى هي الطلاء والمواد المضافة لإنتاج الورق والكرتون وفقًا لمنتدى تغليف المواد الغذائية.
تتحلل جميع المواد البلاستيكية الأربعة المعتمدة على الوقود الأحفوري بيولوجيًا في ثلاثة أشهر في التسميد الصناعي، وفي عام واحد في التسميد في الفناء الخلفي وفي عام إلى عامين في التربة/مدافن النفايات وفقًا لـ InnProBio (صفحة 4).
إعادة التدوير والتحويل إلى سماد
يجب مراعاة خصائص المواد البلاستيكية المختلفة القابلة للتحلل الحيوي عند معالجتها في نهاية دورة حياتها، حسبما تحذر وكالة حماية البيئة (EPA).
- توضح وكالة حماية البيئة أنه لا ينبغي إضافة المواد البلاستيكية القابلة للتحلل إلى الصناديق التي تعيد تدوير المواد البلاستيكية التقليدية لأنها مصنوعة من مواد مختلفة. وهذا ينطبق على كل من أنواع الوقود الحيوي والوقود الأحفوري.
- على الرغم من تصنيف المواد البلاستيكية على أنها قابلة للتحلل الحيوي وقابلة للتحويل إلى سماد، إلا أن الكثير منها يمكن أن يتحلل فقط في الظروف المتاحة في منشآت التسميد التجارية؛ اتصل بوكالات إعادة التدوير المحلية للحصول على معلومات حول أقرب مصنع للسماد. لم يكن هناك سوى 200 منشأة من هذا النوع في الولايات المتحدة في عام 2017، لذا يجب زيادة هذه الأنواع من المراكز.
- تأكد من أن الأكياس قابلة للتحلل في المنزل باتباع تعليمات المنتج قبل إضافتها إلى صناديق السماد.
- استرداد المواد من البلاستيك القابل للتحلل الحيوي غير ممكن من خلال إعادة التدوير، بسبب نقص المرافق.
يعد الفصل والتجميع والتحلل الفعال أمرًا ضروريًا للاستفادة من المواد البلاستيكية ذات الأساس الحيوي والقابلة للتحلل. وفي غيابه، ينتهي الأمر بمعظم المواد البلاستيكية القابلة للتحلل في مدافن النفايات.
مستقبل المواد البلاستيكية القابلة للتحلل
لا يمكن لطبيعة البلاستيك القابلة للتحلل أن تحل مشكلة التلوث البلاستيكي إذا لم يتم التخلص منها بشكل صحيح. ولا يزال من الضروري أيضًا أن يستمر سلوك المستهلك في التركيز على تقليل استهلاك البلاستيك أو إعادة تدويره للاستفادة من التحول من بلاستيك الوقود الأحفوري التقليدي إلى البلاستيك القابل للتحلل.
