Biotworzywa szansa przyszłośći by plasticeproject

This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed by the ERDF 1

Dokument został przygotowany w ramach projektu PLASTICE i wchodzi w skład WP4 Ramowych warunków stymulujących popyt rynkowy, WP4.2 Schematu doradztwa międzynarodowego

Spis treści : Przedmowa

Wprowadzenie

Materiały polimerowe – podstawy

Tworzywa polimerowe

3.1.

Podział tworzyw polimerowych

3.2.

Klasyczne tworzywa polimerowe ze źródeł kopalnych

3.3.

Biodegradowalne tworzywa polimerowe

3.3.1. Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych

3.3.2. Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców kopalnych

3.3.3. Materiały oxodegradowalne

3.4

Tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych

3.5.

Zdolności produkcyjne biotworzyw

Wyroby zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju i kryteria oceny

4.1.

Model oceny zrównoważonego rozwoju dla tworzyw polimerowych

4.2

Kryteria oceny aspektów środowiskowych

4.3.

Kryteria oceny aspektów społecznych

4.4.

Kryteria oceny aspektów ekonomicznych

Systemy oceny wyrobów polimerowych pod kątem wybranych kryteriów

5.1.

Certyfikowanie kompostowalnych tworzyw polimerowych

5.2.

Certyfikowanie zawartości źródeł odnawialnych

5.3.

Certyfikacja – podsumowanie

5.4.

Ślad węglowy – potwierdzenie redukcji emisji gazów cieplarnianych

Wnioski

Załączniki : Załącznik A: Wykaz zastosowań biotworzyw

Załącznik B: Schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów biodegradowalnych

PRZEDMOWA W ciągu ostatnich 100 lat tworzywa polimerowe znalazły tak szerokie zastosowanie w niemal wszystkich dziedzinach życia – od opakowań żywności czy zastosowań w medycynie po produkcję części samochodowych i zabawek – że dziś trudno wyobrazić sobie, iż jeszcze wiek temu nie wywarzano ich na skalę przemysłową. Tworzywa zabezpieczają żywność, sprawiają, że pozostaje świeża, i umożliwiają jej transport na duże odległości. Zapewniają sterylność zapakowanych w nie wyrobów medycznych, takich jak igły, a także soli fizjologicznej czy krwi. Sprawiają, że samochody są lżejsze i zużywają mniej paliwa. Dają także radość dzieciom, bawiącym się wykonanymi właśnie z tworzyw klockami Lego czy lalkami Barbie. Szczególnie wart podkreślenia jest również fakt, że tworzywa polimerowe to jedyna grupa materiałów w całości produkowana przez człowieka. Jednak oprócz ogromnych korzyści, jakie daje stosowanie tworzyw, istnieją też negatywne aspekty ich użycia. Rodzaj tworzywa oraz sposób postępowania z nim po wykorzystaniu ma ogromny wpływ na ludzkie zdrowie i środowisko naturalne. Stwierdzono na przykład, że Bisfenol A, stosowany w opakowaniach do żywności i napojów, wpływa na równowagę hormonalną organizmu, powodując powstawanie zaburzeń rozwojowych i nowotworów. Także Wielka Pacyficzna Plama Śmieci to w istocie ogromne dryfujące skupisko odpadów z tworzyw sztucznych, unoszących się swobodnie w oceanie. Oba te przykłady budzą w ludziach poważne obawy i zwracają uwagę opinii publicznej na problem tworzyw. Książki takie jak: „Plastic: A Toxic Love Story” (Tworzywa sztuczne – toksyczna miłość) S. Freinkel, „Plastic Free: How I Kicked the Plastic Habit and How You Can Too” (Wolny od tworzyw – jak udało mi się rzucić tworzywowy nałóg i jak ty też możesz tego dokonać) B. Terry czy „Plastic Ocean: How a Sea Captain's Chance Discovery Launched a Determined Quest to Save the Oceans” (Ocean Tworzyw: jak kapitan znalazł szansę i rozpoczął misję ratowania oceanów) C. Moore’a oraz C. Phillips stanowią odzwierciedlenie tych obaw i kwestionują obecne modele stosowania – oraz nadużywania – tworzyw sztucznych. Dzisiaj najważniejszym celem jest upowszechnianie tworzyw, które nie zagrażają zdrowiu ludzi i zwierząt, a także środowisku naturalnemu, spełniając jednocześnie potrzeby użytkowników. Nauka i przemysł, ale także polityka społeczna to sfery, w których należy podjąć działania na rzecz wprowadzenia właściwych wytycznych i materiałów, mających pomóc zrealizować ten cel. Od tego zależą nasze życie, zdrowie oraz stan środowiska. Krokiem w tym kierunku jest także projekt PLASTiCE. Główny problem stanowi społeczna akceptacja nowych tworzyw, które w mniejszym stopniu obciążają środowisko. Projekt PLASTiCE polega na współpracy z wieloma partnerami, począwszy od przedstawicieli przemysłu, poprzez organizacje pozarządowe, agencje rządowe, aż po użytkowników, detalistów i naukowców. Nasze doświadczenie pokazuje, że wszystkie te grupy są zainteresowane poszukiwaniami nowych, atrakcyjnych cenowo i przyjaznych dla środowiska tworzyw. Pytanie brzmi: jak połączyć rozmaite interesy poszczególnych grup, aby zapewnić skuteczność działania? Co ciekawe, wszystkie one mają podobne priorytety – chcą bezstronnej, rzetelnej informacji i odpowiedzi na pytania dotyczące tworzyw polimerowych. Niniejszy poradnik został przygotowany z myślą o spełnieniu niektórych z tych potrzeb i pokonywaniu przeszkód, które nie pozwalają korzystać z nowych, bardziej funkcjonalnych, powodujących mniej obciążeń środowiskowych i niewpływających negatywnie na zdrowie ludzkie tworzyw. Andrej Kržan, Koordynator Projektu PLASTiCE 6

1. Wprowadzenie Drodzy Czytelnicy, Celem wydania niniejszego przewodnika było przekazanie w sposób zrozumiały i obiektywny informacji, które pozwolą lepiej zrozumieć znaczenie tworzyw polimerowych zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju. Autorzy przewodnika, partnerzy projektu Central Europe – PLASTiCE, posiadają znaczne doświadczenie związane z tworzywami polimerowymi zgodnymi z zasadą zrównoważonego rozwoju oraz na co dzień współpracują z przedsiębiorstwami działającymi w całym łańcuchu wartości tworzyw polimerowych. W oparciu o zdobyte doświadczenia, przywołaliśmy listę 10 najczęściej zadawanych pytań z tego zakresu. Pytania

Jakie wyroby można produkować z biotworzyw?

Czy produkcja wyrobów z biotworzyw jest uzasadniona z ekonomicznego punktu widzenia?

Czy istnieją możliwości technologiczne produkcji wyrobów z biotworzyw?

Czy moje przedsiębiorstwo posiada odpowiednie kwalifikacje?

Czy moje przedsiębiorstwo dysponuje odpowiednimi urządzeniami oraz możliwościami przetwórczymi?

Dlaczego należy certyfikować wyroby z biotworzyw?

W jaki sposób przekonać klientów do zakupu wyrobów z biotworzyw?

Gdzie moje przedsiębiorstwo może pozyskać odpowiednie surowce do produkcji (polimery, barwniki itd.)?

Gdzie znaleźć partnerów?

10.

Jak zacząć?

W przewodniku znajdą Państwo odpowiedzi na wszystkie te pytania. Poniżej zostały one pokrótce przedstawione wraz z odnośnikami wskazującymi, w której części przewodnika można uzyskać więcej informacji.

Odpowiedzi 1. Jakie wyroby można produkować z biotworzyw? Biotworzywa, podobnie jak klasyczne ropopochodne tworzywa polimerowe, znajdują różnorodne zastosowania, charakteryzują się bowiem wieloma użytecznymi właściwościami, takimi jak łatwość nanoszenia nadruku czy przepuszczalność gazów, pary wodnej i tłuszczy, które można dostosować do określonych potrzeb. Więcej informacji na temat właściwości tych tworzyw można znaleźć w rozdziale 3. Obecnie biotworzywa znajdują zastosowanie głównie w sektorze opakowaniowym i spożywczym jako torby handlowe, tacki do żywności, kubki do jogurtów, sztućce itd. Rosnącą popularność biotworzyw można zaobserwować w: medycynie, rolnictwie, elektronice, sporcie, a

nawet branży motoryzacyjnej. Należy zauważyć, że sektor biotworzyw jest dopiero w fazie rozwoju. Przewiduje się jednak jego bardzo szybki wzrost w ciągu kilku następnych lat, co wpłynie na zwiększenie możliwych zastosowań. Patrz: Załącznik A: Wykaz najczęstszych zastosowań biodegradowalnych tworzyw polimerowych.

2. Czy produkcja wyrobów z biotworzyw jest uzasadniona z ekonomicznego punktu widzenia? Pomimo iż biotworzywa są droższe niż tradycyjne, w ostatnich latach ich rynek rozwijał się w sposób zrównoważony, zarówno pod względem kosztów, jak i regulacji prawnych (opracowanie norm, kryteriów certyfikacji, a w niektórych krajach nawet wprowadzenie zakazu stosowania klasycznych tworzyw polimerowych do pewnych zastosowań, takich jak torby handlowe). Zapotrzebowanie na biotworzywa obserwuje się głównie w branżach: opakowaniowej, motoryzacyjnej, zabawkarskiej i elektronicznej. Wiele koncernów światowych uwzględniło także biotworzywa w przyjętej długoterminowej strategii wzrostu i innowacyjności. Ulepszanie biotworzyw ma charakter wielowymiarowy. Z jednej strony producenci materiałów rozwijają nowe tworzywa oraz dodatki, z drugiej zaś producenci wyrobów gotowych obserwują duży potencjał innowacyjny i rozwojowy biotworzyw, w odróżnieniu od oferty opartej na tworzywach klasycznych. Więcej na ten temat znaleźć można w rozdziale 3. i rozdziale 4., gdzie przedstawiono różne kryteria oceny zrównoważonego rozwoju biotworzyw.

3. Czy istnieją możliwości technologiczne produkcji wyrobów z biotworzyw? Obecne na rynku biotworzywa znajdują szeroki zakres zastosowań. Mogą być poddawane tym samym procesom przetwórczym co ich klasyczne odpowiedniki – termoformowanie, wytłaczanie, formowanie z rozdmuchem itd. Różnice w przetwórstwie biotworzyw i klasycznych tworzyw polimerowych polegają na doborze innych parametrów urządzeń produkcyjnych. Parametry te są uwzględnione w charakterystyce biotworzyw dostarczanej przez producentów przy zakupie. Generalnie, pod względem złożoności procesów technologicznych, biotworzywa nie są trudniejsze w obróbce od tworzyw klasycznych. Więcej na ten temat można znaleźć w rozdziale 3.

4. Czy moje przedsiębiorstwo posiada odpowiednie kwalifikacje? Pojęcie odpowiednich kwalifikacji odnosi się do cech takich jak: możliwości, umiejętności, wiedza, zdolności i doświadczenie. Istnieją dwa rodzaje kwalifikacji: techniczne i pozatechniczne. Gdy bierze się pod uwagę pełny cyklu życia procesów produkcyjnych, użycia przemysłowego, użytkowania przez konsumenta oraz postępowania z odpadami, niezbędne kwalifikacje przy wykorzystywaniu biotworzyw są ściśle techniczne i nie różnią się od tych wymaganych dla klasycznych tworzyw polimerowych. Biotworzywa mogą być przetwarzane na tych samych maszynach co tworzywa klasyczne, a ich zastosowanie i sposób użytkowania zależą tylko od właściwości materiału. Postępowanie z odpadami z biotworzyw nie różni się od postępowania z odpadami z tworzyw klasycznych, różnice występują tylko w przypadku biotworzyw biodegradowalnych. Biotworzywa kompostowalne mogą być kompostowane razem z odpadami organicznymi – proces ten to recykling organiczny. Wszystkie biotworzywa stwarzają większe możliwości w działaniach marketingowych i PR, działania te jednak musza być prowadzone z rozwagą i odpowiednio dostosowane do specyfiki materiału i jego zastosowania. Niniejszy przewodnik powstał w celu przybliżenia kwestii związanych z kwalifikacjami niezbędnymi do postępowania z biotworzywami i wypełnienia ewentualnych braków w wiedzy pozatechnicznej.

5. Czy moje przedsiębiorstwo dysponuje odpowiednimi urządzeniami oraz możliwościami przetwórczymi? Podobnie jak w przypadku wszystkich innych materiałów, podstawowe znaczenie ma dostosowanie właściwości biotworzyw do określonych zastosowań wyrobu, który przedsiębiorstwo zamierza wytwarzać. Niektóre biotworzywa (nazywane „zielonymi”, gdyż są wytwarzane ze źródeł odnawialnych) charakteryzują się identycznymi właściwościami jak ich odpowiedniki produkowane z surowców kopalnych (np. PE i „zielony” PE). Inne natomiast zdecydowanie różnią się właściwościami, co stwarza możliwość twórczego ich wykorzystania. Jak wspomniano w odpowiedzi na pytanie 3., biotworzywa mogą być przetwarzane na urządzeniach do przetwórstwa klasycznych tworzyw polimerowych.

6. Dlaczego należy certyfikować wyroby z biotworzyw? Nie sposób wyobrazić sobie współczesnego świata bez tworzyw polimerowych. Te uniwersalne materiały są jednak postrzegane jako sprzeczne z coraz powszechniejszym przyjaznym środowisku stylem życia, co skłoniło do poszukiwań alternatywnych tworzyw. Jednym z najbardziej widocznych i obiecujących rozwiązań w tym zakresie są biotworzywa. Trudno je jednak odróżnić od klasycznych tworzyw polimerowych, dlatego należy wprowadzić mechanizmy zabezpieczające odpowiednią jakość i znakowanie. Służą temu systemy normalizacji oraz certyfikacji. Certyfikacja wyrobów i materiałów jest dobrowolna, zapewnia jednak wiele korzyści. Certyfikat odróżnia biotworzywa od klasycznych tworzyw polimerowych i potwierdza, że materiał spełnia wymagania normatywne. Stanowi to ogromną zaletę w porównaniu z wyrobami nieposiadającymi certyfikatu. Oznaczenie znakiem certyfikacyjnym daje konsumentowi pewność odpowiednich właściwości wyrobu lub materiału. Znak certyfikacyjny dla tworzyw kompostowanych ułatwia segregację i właściwe postępowanie z odpadami, gwarantując odpowiednią jakość wyrobu. Szczegółowe dane na temat różnych form certyfikacji biotworzyw znajdują się w rozdziale 5.

7. W jaki sposób przekonać klientów do zakupu wyrobów z biotworzyw? Biotworzywa to nowe i innowacyjne materiały, które znajdują zastosowanie w produkcji szerokiej grupy wyrobów. Stanowią one doskonałą alternatywę dla klasycznych tworzyw polimerowych. Chociaż w tych samych zastosowaniach większość biotworzyw nie różni się wizualnie od klasycznych tworzyw polimerowych, istnieje wiele metod pozwalających na ich skuteczną promocję: rozmaite techniki marketingowe, kwestie związane ze społeczną odpowiedzialnością biznesu (CSR) oraz komunikacją społeczną (PR). Większość biotworzyw wytwarzana jest ze źródeł odnawialnych i posiada wiele atutów, które wykorzystać można w działaniach marketingowych. Jednym z takich atutów są unikalne właściwości, jak biodegradowalność.

Biotworzywa odnoszą także sukces na rynkach niszowych, przede wszystkim jako opakowania żywności organicznej czy dóbr luksusowych. Producenci mogą liczyć na korzyści wynikające z rozwoju rynku dla osób żyjących w zgodzie z naturą. Biotworzywa świetnie wpisują się w ideę zrównoważonego rozwoju. Rozdział 4. w całości dotyczy aspektów zrównoważonego rozwoju oraz przedstawia metody pozwalające na jego ocenę w kontekście produkcji i użytkowania biotworzyw.

8. Gdzie moje przedsiębiorstwo może pozyskać odpowiednie surowce do produkcji (polimery, barwniki itd.)? Dwa załączniki dołączone do niniejszego przewodnika zawierają zarówno szeroki wykaz zastosowań biotworzyw, jak i schemat R&D uwzględniający listę instytucji, z którymi można się kontaktować w celu uzyskania informacji na temat biotworzyw. Schemat R&D jest jednym z ważnych efektów projektu PLASTiCE. Wykaz zastosowań biotworzyw został przygotowany, by pomóc w określeniu sposobu ich wykorzystania w Państwa przedsiębiorstwie i pokazać, że możliwości użycia są dużo większe niż tylko worki do gromadzenia odpadów organicznych. Wyroby podzielono na różne grupy, dodając krótki opis możliwych zastosowań wraz z zaletami wynikającymi z ich charakterystyki. Drugi załącznik – schemat R&D (Schemat międzynarodowej współpracy w zakresie badań i rozwoju

tworzyw polimerowych) jest wynikiem współpracy pomiędzy siedmioma instytucjami z czterech krajów Europy Centralnej, partnerami projektu. Schemat R&D stanowi propozycje rozwiązań dla przedsiębiorstw z Europy Centralnej w działaniach zmierzających do wprowadzenia na rynek wyrobów z biotworzyw. Zawiera on dane kontaktowe lokalnych instytucji, które mogą pomóc w rozmaitych kwestiach dotyczących biotworzyw.

9. Gdzie znaleźć partnerów? Przemysłowe wykorzystanie biotworzyw wymaga udziału różnych partnerów rynkowych – w szczególności w dziedzinie rozwoju i badań. Z tego względu każde przedsiębiorstwo pragnące rozpocząć działalność związaną z biotworzywami powinno współpracować z partnerami służącymi wiedzą oraz pomocą. Schemat R&D, znajdujący się w Załączniku B, zawiera dane dysponujących dużym doświadczeniem przedsiębiorstw i instytutów, które mogą pomóc w kwestiach dotyczących biotworzyw oraz oferują doradztwo dotyczące wykorzystania biotworzyw w Państwa produkcji.

10. Jak zacząć? Początkiem procesu wprowadzenia nowego produktu jest zawsze pomysł, który musi koncentrować się na odpowiednim rynku odbiorców. Biotworzywa oferują nowe, innowacyjne możliwości zarówno w przypadku już wytwarzanych, jak też planowanych wyrobów. Wpisując się w światowe tendencje poszukiwań rozwiązań zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju i korzystnych dla środowiska, biotworzywa mogą się tu stać alternatywą. „Biotworzywa szansą przyszłości” to publikacja przekazująca w dostępny sposób informacje o biotworzywach, która pozwoli przejść przez kolejne etapy niezbędne do rozpoczęcia działalności związanej z tymi materiałami.

2. Materiały polimerowe – podstawy Przed wprowadzeniem definicji oraz przedstawieniem klasyfikacji tworzyw polimerowych warto uzmysłowić sobie, że głównym ich składnikiem są polimery. Polimery to wielkocząsteczkowe związki chemiczne zbudowane z wielu monomerów. Mogą mieć budowę liniową, rozgałęzioną lub usieciowaną. Zazwyczaj polimery o budowie liniowej i rozgałęzionej mają właściwości termoplastyczne, to znaczy są topliwe w określonych temperaturach, a także rozpuszczalne w niektórych rozpuszczalnikach. Polimery usieciowane są nietopliwe i nierozpuszczalne. Polimery są rozpowszechnione w przyrodzie i stanowią materiał budulcowy organizmów roślinnych oraz zwierzęcych. Należą do nich: skrobia, celuloza, białka, chityna itd. Druga grupa to polimery uzyskiwane syntetycznie na skalę przemysłową z ropy naftowej. Wszystkie rodzaje polimerów znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle. Polimery można podzielić według różnych kryteriów. Poniżej przedstawiono kilka przykładów.

Podział ze względu na właściwości fizykochemiczne: 

termoplasty – pod wpływem ciepła miękną, a po ochłodzeniu ponownie twardnieją, dla przykładu akrylonitryl-butadien-styren – ABS, poliwęglan – PC, polietylen – PE, politereftalan etylenu – PET, polichlorek winylu – PVC, polimetakrylan metylu – PMMA, polipropylen – PP, polistyren – PS, polistyren spieniony – EPS itd.;



tworzywa termoutwardzalne (duroplasty) – po uformowaniu pozostają twarde – nie miękną pod wpływem ogrzewania, dla przykładu: żywice epoksydowe – EP, fenoplasty – PF itd.;



elastomery – tworzywa, które można rozciągać i ściskać; w wyniku rozciągania lub ściskania elastomery zmieniają znacznie swój kształt, jednak po odjęciu siły wracają do poprzednich kształtów.

Podział ze względu na sposób otrzymywania: 

polimery syntetyczne – powstają w wyniku syntezy chemicznej (poliaddycja, polikondensacja, kopolimeryzacja);



polimery naturalne – powstające w organizmach żywych, np.: celuloza, białka, kwasy nukleinowe;



polimery naturalne modyfikowane – zmodyfikowane polimery naturalne posiadające nowe właściwości, np. octan celulozy, białka modyfikowane, skrobia modyfikowana.

Podział ze względu na pochodzenie surowców, z których powstają: 

źródła odnawialne (surowce roślinne i zwierzęce);



źródła nieodnawialne (ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny).

Poliaddycja (polimeryzacja addycyjna) – proces łączenia się monomerów bez wydzielania produktów ubocznych. Polikondensacja (polimeryzacja kondensacyjna) – proces łączenia się monomerów z wydzielaniem się produktów ubocznych. Kopolimeryzacja – proces łączenia się przynajmniej dwóch różnych monomerów, w wyniku którego powstaje kopolimer

Podział ze względu na zastosowanie: 

opakowania;



budownictwo;



motoryzacja;



elektronika;



medycyna.

Podział ze względu na podatność na działanie enzymów wytwarzanych przez bakterie i grzyby: 

biodegradowalne (polilaktyd – PLA, polihydroksyalkaniany – PHA i inne poliestry liniowe, celuloza regenerowana, skrobia);



niebiodegradowalne (polietylen – PE, polipropylen – PP, polistyren – PS).

Istnieje oczywiście wiele więcej kryteriów podziału dostępnych polimerów, należy jednak zauważyć, że w zastosowaniach przemysłowych same cząsteczki polimerowe nie są wystarczające. Większość tworzyw polimerowych składa się bowiem nie tylko z polimerów, ale także zawiera inne składniki organiczne lub nieorganiczne. Składniki te to dodatki, które mogą zapewnić nowe właściwości tworzyw polimerowych:

Tworzywo polimerowe = polimer + dodatki Zawartość dodatków w tworzywie polimerowym waha się od kilku (np. tworzywa polimerowe stosowane do pakowania żywności) do ponad 50%. W zastosowaniach technicznych i przemysłowych mieszaniny polimerów i dodatków nazywane są tworzywami polimerowymi. Do dodatków należą m.in.: plastyfikatory oleiste poprawiające właściwości plastyczne, wypełniacze poprawiające cechy użytkowe i obniżające koszty produkcji, stabilizatory hamujące niektóre reakcje chemiczne, w tym: dodatki zmniejszające palność, środki antystatyczne, barwniki, środki poślizgowe i wiele innych. Ogromny świat tworzyw polimerowych obejmuje różne polimery i dodatki, które można ze sobą łączyć. Dzięki temu mamy duże możliwości ich przekształcania i przetwarzania. Do podstawowych technik stosowanych w przetwórstwie tworzyw polimerowych należą: prasowanie, tłoczenie, przetłaczanie, formowanie płyt, walcowanie i kalandrowanie, odlewanie itp.

3. Tworzywa polimerowe 3.1. Podział tworzyw polimerowych Historia tworzyw polimerowych a zrównoważony rozwój Produkcję tworzyw polimerowych rozpoczęto pod koniec XIX i na początku XX wieku. Celuloid i celofan były pierwszymi wytwarzanymi na bazie surowców pochodzenia naturalnego – biomasy. Po II wojnie światowej tworzywa polimerowe stały się bardzo popularne. Od lat 60. do 90. były wytwarzane głównie z surowców petrochemicznych. W latach 80. ich wytwarzanie przewyższyło produkcję stali. W latach 90. aspekty środowiskowe oraz kwestie związane ze zrównoważonym rozwojem stawały się coraz istotniejsze, zarówno w wymiarze społeczno-kulturowym, jak i politycznym. W rezultacie opracowano i wdrożono nowe technologie produkcji tworzyw m.in. ze źródeł odnawialnych oraz tworzyw biodegradowalnych. Poszukiwania nowych tworzyw i technologii ich wytwarzania są ściśle związane z:  Rozwojem wiedzy w dziedzinie ochrony środowiska naturalnego, w szczególności przy uwzględnieniu cyklu życia wyrobu jako systemu uwzględniającego wiele etapów, dla przykładu etap produkcji, użytkowania, a także powstawania odpadów i obciążeń dla środowiska (nazywanych emisjami); 

Udoskonalaniem metod oceny wpływu tworzyw polimerowych na środowisko, w szczególności z zastosowaniem metody LCA– Life Cycle Assessment – narzędzia oceniającego wyrób od kołyski do grobu;



Stosowaniem zasady zrównoważonego rozwoju, która w praktyce produkcyjnej i handlowej oznacza traktowanie aspektów ekologicznych na równi z aspektami społecznymi oraz ekonomicznymi.

Tworzywa polimerowe wytwarzane według nowego podejścia i przy użyciu nowych technologii są nazywane biotworzywami. Termin ten wprowadzony został przez European Bioplastics Association) i przedstawiony poniżej w ramce:

Biotworzywa – definicja wprowadzona przez European Bioplastics Association Termin „biotworzywa" obejmuje całą rodzinę materiałów wytwarzanych zarówno na bazie źródeł odnawialnych (pochodzenia naturalnego), jak również materiałów biodegradowalnych.

Materiały lub wyroby na bazie źródeł odnawialnych to te wytwarzane w całości lub części z biomasy roślinnej. Biomasa pochodzi z takich roślin jak: kukurydza, trzcina cukrowa czy celuloza. Termin „biodegradowalny” określa zdolność do ulegania procesowi chemicznemu, w trakcie którego mikroorganizmy przekształcają tworzywo polimerowe w substancje takie jak woda, ditlenek węgla oraz kompost (w tym procesie nie potrzebne są żadne dodatki).

Źródło: en.european-bioplastics.org

Aby lepiej zrozumieć wprowadzoną definicję European Bioplastics Association stworzyło model ilustrujący poszczególne rodzaje tworzyw polimerowych. Model ten został przedstawiony na rys. 1.

Rys. 1. Podział tworzyw polimerowych wg European Bioplastics Association.

Model przedstawia cztery charakterystyczne grupy tworzyw polimerowych. Oś pozioma określa biodegradowalność tworzyw, a oś pionowa – pochodzenie (surowce petrochemiczne lub surowce odnawialne).

1. Do pierwszej grupy należą tworzywa polimerowe pochodzące głównie ze ze źródeł petrochemicznych (tzw. klasyczne tworzywa sztuczne, które stanowią 90% światowej produkcji).

2. Do drugiej grupy należą biodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł odnawialnych.

3. Trzecią grupę stanowią biodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł kopalnych. Czwarta grupa przedstawia niebiodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł odnawialnych. W poradniku zostaną omówione wszystkie cztery grupy tworzyw polimerowych.

3.2. Klasyczne tworzywa polimerowe ze źródeł kopalnych Klasyczne (tradycyjne) tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł kopalnych (tzw. sztuczne) znajdują zastosowanie w wielu obszarach. Główną cechą wyrobów wykonanych z tych materiałów jest ich niewielka masa, która wynika z niskiej gęstości tworzyw polimerowych. Tworzywa te wykazują wyjątkowe właściwości termoizolacyjne i elektroizolacyjne. Są odporne na korozję. Wiele rodzajów tworzyw jest przezroczystych, co pozwala na ich stosowanie w urządzeniach optycznych. Tworzywa można formować w dowolne kształty oraz mieszać z innymi materiałami. Ich właściwości można z łatwością modyfikować poprzez zastosowanie różnych dodatków, np. wypełniaczy wzmacniających, barwników, środków spieniających czy plastyfikatorów. Ze względu na swoją uniwersalność klasyczne tworzywa polimerowe są stosowane niemal w każdej dziedzinie – produkcji opakowań, budownictwie, transporcie, przemyśle elektrycznym i elektronicznym, rolnictwie, medycynie czy sporcie. Możliwości zastosowań tworzyw sztucznych są praktycznie nieograniczone, a ich właściwości mogą być dowolnie modyfikowane w zależności od potrzeb, dlatego też stanowią one praktycznie nieograniczone źródło innowacji w różnych sektorach przemysłu i wielu dziedzinach życia.

Do „wielkiej szóstki” klasycznych tworzyw o największym udziale rynkowym (rys. 2.) należą: 

polietylen (PE);



polipropylen (PP);



polichlorek winylu (PVC);



polistyren PS/spieniony polistyren (EPS);



politereftalan etylenu (PET);



poliuretan (PUR).

Rys. 2. Udział rynkowy poszczególnych tworzyw w Europie.

Źródło: Plastics – The Facts 2012

Wyżej wymienione tworzywa stanowią łącznie ponad 80% udziału rynkowego w Europie. W czołówce znajdują się: polietylen (29% udziału rynkowego), polipropylen (19% udziału rynkowego) oraz polichlorek winylu (12% udziału rynkowego). Duże znaczenie w przemyśle mają również takie tworzywa jak: 

akrylonitryl/butadien/styren (ABS);



poliwęglan (PC);



polimetakrylan metylu (PMMA);



żywice epoksydowe (EP);



żywice fenolowo-formaldehydowe (PF);



politetrafluoroetylen (PTFE).

W 2011 roku światowa produkcja klasycznych tworzyw polimerowych osiągnęła 280 milionów ton. Od lat 50. XX w. obserwuje się stały wzrost produkcji na poziomie 9% rocznie. W 2011 roku produkcja klasycznych tworzyw w Europie osiągnęła 58 milionów ton, co stanowi 21% produkcji światowej. Największym producentem są Chiny (23% światowej produkcji). Długoletnie prognozy przedstawiają 4% wzrost konsumpcji per capita. Pomimo wysokiego wskaźnika wzrostu konsumpcji w Azji i nowych krajach członkowskich UE zużycie na mieszkańca utrzymuje się tam na znacznie niższym poziomie niż w bardziej rozwiniętych krajach. Rysunki 3-6 przedstawiają dane dotyczące rozwoju produkcji klasycznych tworzyw polimerowych. Rys. 3 obrazuje tempo wzrostu produkcji tworzyw w latach 1950-2011 na świecie i w Europie. Przemysł klasycznych tworzyw rozwija się nieprzerwanie od 50 lat. Światowa produkcja wzrosła z 1,7 milionów ton w 1950 roku do 280 milionów ton w 2011 roku, w Europie natomiast z 0,35 do 58 milionów ton. Obecnie można zaobserwować przeniesienie produkcji do Azji.

Rys. 3. Światowa produkcja klasycznych tworzyw polimerowych (tzw. Sztucznych) w latach 19502011.

Źródło: Plastics – The Facts 2012 16

Rys. 4 przedstawia zapotrzebowanie na klasyczne tworzywa polimerowe w krajach europejskich.

Rys. 4. Zapotrzebowanie na klasyczne tworzywa polimerowe w Europie z podziałem na państwa (tys. ton/rok). Źródło: Plastics – The Facts 2012

Rys. 5 przedstawia zużycie klasycznych tworzyw polimerowych w Europie w latach 2010-2011, które wzrosło z 46,4 milionów ton w 2012 roku do 47 milionów ton w 2011 roku. W 2010 roku największe zużycie zaobserwowano w sektorze opakowań (39% całkowitego zużycia), następnie – w budownictwie (20,6%), w przemyśle motoryzacyjnym (7,5%) oraz w branży elektrycznej i elektronicznej (5,6%). Pozostałe sektory to: sport, rekreacja, rolnictwo, produkcja maszyn. W 2011 roku zaobserwowano nieznaczny wzrost zużycia klasycznych tworzyw do produkcji opakowań (z 39% do 39,4%) i w przemyśle motoryzacyjnym (z 7,5% do 8,3%) oraz spadek w budownictwie (z 20,6% do 20,5%) i przemyśle elektrycznym oraz elektronicznym (z 5,6% do 5,4%). Pozostałe branże, w których zaobserwowano zużycie tworzyw polimerowych to: sport, bezpieczeństwo i higiena, rozrywka i czas wolny, rolnictwo, przemysł maszynowy, AGD oraz przemysł meblowy.

Rys. 5. Zużycie klasycznych tworzyw polimerowych w Europie z podziałem na branże w 2010 roku (po lewej stronie) i 2011 roku (po prawej stronie). Źródło: Plastics – The Facts 2012

Rys. 6 przedstawia zużycie tworzyw w zależności od rodzaju tworzywa i branży.

Rys. 6. Zużycie klasycznych tworzyw w 2010 roku w zależności od rodzaju tworzywa i branży.

Źródło: Plastics – The Facts 2012

Dodatkowe informacje na temat przemysłu klasycznych tworzyw polimerowych można znaleźć na stronie Plastics Europe Association: http://www.plasticseurope.org/plastics-industry/market-and-economics.aspx.

3.3. Biodegradowalne tworzywa polimerowe Poszukując definicji biodegradowalnych tworzyw polimerowych, można znaleźć wiele sprzecznych określeń. Najprościej mówiąc pojęcie to oznacza, że biodegradowalne tworzywa polimerowe ulegają rozkładowi biologicznemu. Biodegradacja jest procesem opierającym się na fakcie, że mikroorganizmy obecne w środowisku, np. bakterie, grzyby i algi, traktują biodegradowalne tworzyw jako źródło składników odżywczych – pożywienie i trawią je (w procesie tym NIE są potrzebne żadne dodatki). Proces biodegradacji składa się z równoczesnych lub następujących po sobie etapów abiotycznych i biotycznych oraz MUSI obejmować etap biologicznej mineralizacji. Proces biodegradacji rozpoczyna się od fragmentacji, a kończy na mineralizacji, czyli przemianie węgla organicznego w ditlenek węgla. Na rys. 7. zaprezentowano różnicę pomiędzy degradacją a biodegradacją. Jeśli proces rozkładu kończy się na etapie fragmentacji, to oznacza, że tworzywo uległo degradacji. Jeśli pojawia się etap kolejny, czyli mineralizacja, to oznacza, że tworzywo jest biodegradowalne.

Fragmentacja

Mineralizacja

Rys. 7. Różnica pomiędzy degradacją i biodegradacją. Jak przedstawiono na rys. 7, biodegradacja to całkowita asymilacja substancji powstałych w wyniku fragmentacji, stanowiących źródło pożywienia dla mikroorganizmów. Ściślej mówiąc, termin „biodegradowalność” nie przekazuje informacji na temat procesu, ale wskazuje na całkowitą przemianę węgla organicznego. Biorąc pod uwagę nieograniczone ramy czasowe, można stwierdzić, że wszystko jest biodegradowalne. Lepszym określeniem jest „kompostowalność”, które oznacza biodegradację w warunkach kompostowania przebiegającą w ramach czasowych cyklu kompostowania. Proces biodegradacji może przebiegać zarówno w środowisku tlenowym, jak i beztlenowym. Końcowymi produktami biodegradacji w warunkach tlenowych są ditlenek węgla, woda oraz biomasa, a w warunkach beztlenowych – metan, woda i biomasa. Uproszczony schemat procesów został przedstawiony na rys. 8.

Rys. 8. Produkty procesu biodegradacji w warunkach tlenowych i beztlenowych.

Jednym z rodzajów biodegradacji jest proces kompostowania, będący metodą recyklingu organicznego przebiegającą w kontrolowanych tlenowych warunkach obróbki odpadów organicznych, prowadzącą do przetworzenia przez mikroorganizmy substancji organicznych. Kompostowalność oznacza całkowitą asymilację biodegradowalnych tworzyw polimerowych w warunkach kompostowania w ciągu 180 dni. Podczas przemysłowego kompostowania temperatura w komorze osiąga wartość do 70°C, a sam proces odbywa się w dużej wilgotności. Kompostowalne tworzywa polimerowe są zdefiniowane w normach krajowych i międzynarodowych, np. EN 13432, ASTM D6400 i inne. Więcej informacji na temat norm można znaleźć w rozdziale 5 pt. „Systemy oceny wyrobów polimerowych pod kątem wybranych kryteriów”. Biodegradowalność polimerów czy tworzyw polimerowych jest ściśle uzależniona od ich struktury chemicznej . Rodzaj surowców, z których otrzymuje się tworzywa biodegradowalne, nie jest istotna dla procesu biodegradacji. Polimery biodegradowalne mogą być otrzymywane z surowców odnawialnych lub kopalnych.

3.3.1. Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych Rozwój wiedzy w dziedzinie ochrony środowiska naturalnego, zrównoważonego rozwoju, a także wyczerpywanie źródeł kopalnych, skłoniły naukowców do poszukiwań alternatywnych źródeł materiałów. Jednym z rozwijanych kierunków badań były prace nad opracowaniem technologii wytwarzania polimerów biodegradowalnych ze źródeł odnawialnych. Tworzywa te mogą zastąpić klasyczne tworzywa polimerowe uzyskiwane z surowców petrochemicznych i charakteryzują się podobnymi właściwościami. Produkcję na niewielką skalę biodegradowalnych tworzyw ze źródeł odnawialnych datuje się od roku 1995. Obecnie ich wykorzystanie i skala zastosowań ma znacznie większy zakres. W 2009 roku światowa produkcja biodegradowalnych tworzyw polimerowych wynosiła 226 tysięcy ton. W 2011 roku zwiększyła się do 486 tysięcy ton (podwojenie produkcji w ciągu dwóch lat). Główne rodzaje tworzyw biodegradowalnych produkowanych ze źródeł odnawialnych (w tym produkty chemicznej syntezy monomerów pochodzenia naturalnego, produkty wytworzone przez mikroorganizmy lub zmodyfikowane bakterie): 

poli(kwas mlekowy) (PLA);

 skrobia termoplastyczna (TPS) – mieszanki skrobi z poliestrami alifatycznymi i kopoliestrami, estry skrobi, mieszanki skrobi z surowcami naturalnymi; 

poliestry pochodzenia mikrobiologicznego:

polihydroksyalkaniany (PHA), w tym kopolimery kwasu masłowego, walerianowego i heksanowego, PHBV, PHBH; 

estry celulozy, celuloza regenerowana;



drewno i inne materiały naturalne.

Rys. 9. Przykłady biodegradowalnych Na rynku można znaleźć wiele biodegradowalnych tworzyw tworzyw polimerowych. polimerowych. Tworzywa, na które warto zwrócić uwagę to: Źródło: European Bioplastics polilaktydy (PLAs), kompozycje polimerowo-skrobiowe, polihydroksyalkaniany (PHAs), a także folie celulozowe nowej generacji. Charakteryzują się one właściwościami zbliżonymi do klasycznych tworzyw polimerowych, są atrakcyjne ze względu na rosnące zdolności produkcyjne oraz cenę. Rys. 9. przedstawia przykłady obecnych na rynku wyrobów z biodegradowalnych

tworzyw polimerowych. Poli(kwas mlekowy) (PLA) PLA to poliester powstały w wyniku polikondensacji kwasu mlekowego, wytworzonego w procesie fermentacji skrobi kukurydzianej. PLA stosuje się do produkcji: 

produkcji giętkich materiałów opakowaniowych (folie dwuosiowo orientowane, folie wielowarstwowe z warstwą zgrzewalną),



wytłaczania folii sztywnych i termoformowania,



formowania opakowań metodą wtrysku,



laminowania papieru metodą wytłaczania.

Kompozycje polimerowo-skrobiowe Znaczący rozwój obserwuje się w zakresie produkcji kompozycji polimerowo-skrobiowych. Są one stosowane do produkcji folii giętkich i sztywnych do termoformowania, tacek, pojemników, spienionych materiałów wypełniających wolne przestrzenie w opakowaniach transportowych, sztywnych opakowań formowanych wtryskowo, a także powlekania papieru i tektury. Polihydroksyalkaniany (PHA) PHAs stanowią dużą rodzinę kopolimerów, które w zależności od składu stanowią materiały sztywne lub miękkie. PHAs można mieszać z innymi biodegradowalnymi tworzywami polimerowymi. Z PHAs otrzymuje się folię kalandrowaną, a także wyroby formowane wtryskowo. Folie celulozowe nowej generacji Nowa generacja kompostowalnych folii celulozowych znajduje coraz więcej zastosowań. Do najważniejszych właściwości tych materiałów wykorzystywanych do produkcji opakowań należą: 

wyjątkowe właściwości optyczne;



barierowość dla tlenu oraz aromatów;



regulowana barierowość paroszczelna;



odporność na temperaturę, tłuszcze, substancje chemiczne;



naturalne właściwości antystatyczne.

3.3.2 Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców kopalnych Biodegradowalne tworzywa polimerowe można podzielić ze względu na pochodzenie: 

opisane w rozdz. 3.3.1 polimery otrzymywane ze źródeł odnawialnych i



polimery uzyskiwane z zasobów kopalnych.

Różnica pomiędzy tymi dwoma rodzajami tworzyw dotyczy tylko pochodzenia surowca, z jakiego są wykonane. Obie grupy należą do tworzyw biodegradowalnych, które można kompostować. Warto jednak zauważyć, że podział ze względu na pochodzenie jest tylko teoretyczny, gdyż wielu producentów stosuje mieszaniny polimerów pochodzących z odnawialnych i kopalnych źródeł. Przykładowe biodegradowalne polimery pochodzące ze źródeł kopalnych: 

syntetyczne poliestry alifatyczne – polikaprolakton (PCL), poli(bursztynian butylenowy) (PBS);



syntetyczne kopolimery alifatyczno-aromatyczne (AAC);



polimery rozpuszczalne w wodzie – poli(alkohol winylowy) (PVAL).

3.3.3. Materiały oxodegradowalne Bardzo często promowanym jako biodegradowalne są materiały oxodegradowalne. Wyroby z takich materiałów są ogólnodostępne na rynku i często mylnie oznaczane jako biodegradowalne i przyjazne środowisku. Podczas procesu produkcji wyrobów do klasycznych tworzyw polimerowych dodawane są specjalne dodatki (oxodegradowalne), które mają na celu przyspieszenie procesu degradacji polimeru. Wyroby te po pewnym czasie (kilkanaście lub kilkadziesiąt miesięcy) ulegają fragmentacji i rozpadają się na małe, czasami niewidoczne dla oka cząstki. Dzięki temu osiąga się pierwszy etap biodegradacji, ale, niestety, nie potwierdzono kolejnego etapu, który charakteryzuje tworzywa biodegradowalne, czyli etapu mineralizacji. Więcej informacji na temat oxodegradowalnych tworzyw polimerowych można znaleźć na następujących stronach internetowych:    

The Society of the Plastics Industry, Bioplastics Council – artykuł dotyczący dodatków o właściwościach degradujących (http://goo.gl/WK8UMD ); European Bioplastics – artykuł dotyczący brytyjskich norm dla oxodegradowalnych tworzyw polimerowych (http://goo.gl/uFTzV2 ); European Bioplastics – artykuł dotyczący oxodegradowalnych tworzyw polimerowych (http:// goo.gl/aZU9d0 ); European Bioplastics – artykuł dotyczący badań nad oceną cyklu życia toreb handlowych oxodegradowalnych, kompostowalnych i z klasycznych tworzyw polimerowych (http:// goo.gl/tpwyN).

Porównanie materiałów kompostowalnych oraz oxodegradowalnych przedstawiono na rys. 10.

1 3

Rys. 10. Porównanie materiałów kompostowalnych (przykład 1 i 2) oraz oxodegradowalnych (przykład 3 i 4) po 3 miesiącach rozkładu w warunkach laboratoryjnych. Należy zauważyć, że tworzywo oxodegradowalne nie uległo rozpadowi.

Źródło: COBRO

3.4. Klasyczne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych W poprzednich rozdziałach omówiono biotworzywa polimerowe, które wykazują zdolność biodegradacji. Warto także zwrócić uwagę na drugą grupę biotworzyw, zyskującą coraz większą popularność, tj. niebiodegradowalne tworzywa polimerowe wytwarzane z surowców odnawialnych, które są odpowiednikami klasycznych tworzyw polimerowych ze źródeł kopalnych. Tworzywa te posiadają właściwości identyczne do klasycznych tworzyw polimerowych otrzymywanych ze źródeł kopalnych. Przykładem tego typu materiału jest tzw. „zielony polietylen”, który powstaje w wyniku reakcji polimeryzacji etylenu z etanolu otrzymanego w procesie fermentacji surowców roślinnych. Istnieje kilka rodzajów „zielonego” polietylenu, np. polietylen wysokiej gęstości (HDPE), polietylen niskiej gęstości (LDPE). Rys. 11 przedstawia proces wytwarzania „zielonego polietylenu”.

Rys. 11. Proces produkcji „zielonego polietylenu” .

Butelki PET zwane PlantBottle to kolejny przykład zastosowania materiałów otrzymywanych ze źródeł odnawialnych. Tworzywo, z którego powstają butelki, składa się z kwasu tereftalowego (70% masy) i z glikolu etylenowego (30% masy). Kwas tereftalowy jest produktem pochodzenia petrochemicznego, a glikol etylenowy powstaje z etanolu (otrzymanego w procesie fermentacji surowców roślinnych). Takie butelki łatwo poddają się procesowi recyklingu i mogą być zbierane razem z innymi (klasycznymi) butelkami PET. Tworzywo PET, pochodzące w części z surowców naturalnych, pozwala ograniczyć zużycie światowych zasobów kopalnych oraz emisję ditlenku węgla. Na rys. 12. przedstawiono schemat procesu wytwarzania butelki PlantBottle.

Rys. 12. Proces produkcji dwóch rodzajów butelek PET: klasycznej oraz PlantBottle.

Obecnie trwają próby wprowadzenia na rynek butelek PET w 100% wyprodukowanych z biomasy. Butelki Bio-PET będą produkowane z materiałów organicznych takich jak trawa, kora i kukurydza, które nie są używane do produkcji żywności. W przyszłości planuje się także stosowanie rolniczych produktów ubocznych (takich jak obierki ziemniaków) i innych bioodpadów. Aby wyprodukować butelkę PET składającą się w 100% z biomasy, konieczne jest wytwarzanie kwasu tereftalowego ze źródeł odnawialnych (obecnie na rynku nie jest on dostępny). Alternatywą dla butelek PET jest inne tworzywo oparte w 100% na surowcach roślinnych – PEF (ang. poly-ethylene-furanoate), posiadające takie samo zastosowanie jak PET, ale z jeszcze wyższą barierowością dla ditlenku węgla i tlenu, co doskonale sprawdzi się w branży opakowań żywności. Na skutek szybkiego rozwoju technologicznego w najbliższej przyszłości niektóre polimery pochodzenia petrochemicznego będą mogły być wytwarzane ze źródeł odnawialnych.

3.5. Zdolności produkcyjne biotworzyw W 2011 roku światowe zdolności wytwarzania biotworzyw polimerowych wyniosły 1,161 miliona ton. Liczba ta jest znacznie mniejsza od wartości światowych możliwości produkcji klasycznych tworzyw polimerowych (265 milionów ton), ale prognozy na 2016 rok wskazują, że wytwarzanie biotworzyw wzrośnie do 6 milionów ton rocznie. Rys. 13 przedstawia dane dotyczące światowych zdolności wytwarzania biodegradowalnych i niebiodegradowalnych tworzyw polimerowych.

Rys. 13. Zdolności produkcyjne tworzyw biodegradowalnych oraz prognoza na 2016 rok. Źródło: European Bioplastics Rys. 14 przedstawia możliwości produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na regiony w 2011 roku oraz z prognozą na 2016 rok. W 2011 roku największą zdolność produkcji posiadała Azja (34,6%), Ameryka Południowa (32,8%), Europa (18,5%) oraz Ameryka Północna (13,7%). Prognozuje się, że w 2016 roku zdolności produkcyjne zwiększą się do 46,3% dla Azji i 45,1% dla Ameryki Południowej oraz zmaleją do 4,9% dla Europy i 3,5% dla Ameryki Północnej.

Rys. 14. Zdolności produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na regiony w roku 2011 oraz prognoza na 2016 rok. ródło: European Bioplastics Rys. 15 przedstawia zdolności produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na rodzaj tworzywa. Rys. 16 obrazuje prognozę zdolności produkcyjnej biodegradowalnych tworzyw z podziałem na rodzaj tworzywa na rok 2016. Najistotniejsza i najbardziej zauważalna różnica dotyczy przewidywanego wzrostu zużycia BIO-PET. Stowarzyszenie European Bioplastics oszacowało, że w 2016 roku ponad 80% rynku biotworzyw polimerowych będzie się wiązać z produkcją BIO-PET. Ocena opiera się na informacjach pozyskanych od producentów napojów, którzy deklarują chęć zamiany klasycznych butelek PET na ich odpowiedniki BIO (BIO-PET oraz PEF).

Rys 15. Światowe zdolności produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na rodzaj tworzywa. Źródło: European Bioplastics

Rys. 16. Prognoza światowych zdolności produkcyjnych biodegradowalnych tworzyw z podziałem na rodzaj tworzywa na rok 2016. Źródło: European Bioplastics

4. Wyroby zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju i kryteria oceny 4.1. Model oceny zrównoważonego rozwoju dla tworzyw polimerowych Unia Europejska definiuje zrównoważony rozwój jako taki, w którym obecne potrzeby zaspokaja się, mając na uwadze także potrzeby przyszłych pokoleń. Kwestię zrównoważonego rozwoju rozpatruje się w trzech aspektach: ekonomicznym, społecznym i środowiskowym, które w kontekście politycznym powinny być traktowane jako równorzędne. Strategia zrównoważonego rozwoju, przyjęta przez Komisję Europejską w 2001 roku, w 2005 roku została uzupełniona (między innymi) o nowy cel: integrację zasad ochrony środowiska z polityką Unii Europejskiej mającą wpływ na środowisko. Jeśli chodzi o działalność gospodarczą, definicja zrównoważonego rozwoju dotyczy szeroko pojętych aspektów ekonomicznych, środowiskowych, społecznych i ich wpływu na bieżącą działalność oraz długofalową strategię przedsiębiorstwa. W branży tworzyw polimerowych zrównoważony rozwój wiąże się z odpowiedzialnością za wprowadzenie na rynek nowych wyrobów z uwzględnieniem trzech wspomnianych aspektów. Oznacza to, że nowy wyrób należy oceniać poprzez jego wpływ na kwestie środowiskowe, społeczne i ekonomiczne. Ocena ta powinna być prowadzona w całym cyklu życia wyrobu (projektowanie, produkcja, użytkowanie, recykling). Rys. 17. przedstawia obszary zrównoważonego rozwoju.

Rys. 17. Obszary zrównoważonego rozwoju Źródło: Wikipedia

Zgodność z zasadą zrównoważonego powinna być oceniana na wszystkich etapach cyklu życia wyrobu: od procesu produkcji, przez łańcuch dostaw, pozyskiwanie surowców, metody przetwórstwa, pakowanie, dystrybucję, użytkowanie, po gospodarkę odpadami, włączając w to transport. Jednocześnie przedsiębiorstwa powinny dążyć do dorównania konkurencji lub pokonania jej poprzez ulepszanie funkcjonalności i jakości wyrobów, wypełnianie norm środowiskowych, a także lepsze gospodarowanie odpadami. W przypadku tworzyw zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju należy podkreślić, iż duża ich część spełnia wymogi środowiskowe, ekonomiczne i społeczne w wyższym stopniu niż materiały tradycyjne jak szkło, metal czy nawet papier. Biotworzywa mogą być zatem postrzegane jako konkurencyjne w stosunku do klasycznych ropopochodnych tworzyw polimerowych, jeśli chodzi o zgodność z zasadą zrównoważonego rozwoju.

Trudno ustalić jednakowe standardy i jednoznacznie określić, czym jest zrównoważony rozwój dla poszczególnych tworzyw polimerowych, ponieważ są one szeroko stosowane w różnych sektorach przemysłu. Z tego względu należy ustanowić pewne standardy podstawowe adekwatne do wszystkich wyrobów polimerowych, natomiast konkretnych grup użytkowych powinny dotyczyć standardy szczegółowe. Poniższe podpunkty przedstawiają koncepcję i różne kryteria oceny zrównoważonego rozwoju z uwzględnieniem trzech kluczowych aspektów: środowiska, społeczeństwa i ekonomii. Każde kryterium może być zastosowane do rozmaitych wyrobów z tworzyw polimerowych. Wybór jak największej liczby adekwatnych kryteriów jest istotny dla przeprowadzenia maksymalnie obiektywnej oceny.

4.2 Kryteria oceny aspektów środowiskowych Ocena cyklu życia (LCA) Metoda LCA służy do oceny oraz porównania wyrobów o podobnym zastosowaniu pod kątem wpływu na środowisko na poszczególnych etapach cyklu życia i obejmuje różne kryteria. LCA jest narzędziem, które może przedstawić pełny obraz wpływu określonego wyrobu na środowisko, począwszy od pozyskiwania surowców potrzebnych do wytworzenia materiału, a na fazie odzysku lub unieszkodliwiania odpadów kończąc. Potencjalny wpływ danego wtrobu na środowisko jest określony ilościowo w różnych kategoriach, np. zdrowie ludzkie, jakość ekosystemu i zużycie zasobów naturalnych. Dany wyrób może wpływać na środowisko poprzez czynniki rakotwórcze, emisję związków organicznych oraz nieorganicznych, zmianę klimatu, promieniowanie, zniszczenie warstwy ozonowej, ekotoksyczność, zakwaszenie/eutrofizację, wykorzystanie terenu, zużycie surowców naturalnych oraz paliw kopalnych. Rysunki 18. i 19. w prosty sposób obrazują czynniki brane pod uwagę w ocenie cyklu życia oraz przykład procesów i etapów cyklu życia przykładowego opakowania wraz z granicami oceny (granica systemu).

Rys. 18. Etapy LCA Źródło: COBRO

Rys. 19. Uproszczone drzewo procesów dla opakowań z przykładami obciążeń środowiskowych Źródło: COBRO Odpowiedzialne użytkowanie źródeł podczas procesu produkcji Obecna intensywna eksploatacja nieodnawialnych źródeł (takich jak węgiel, paliwa kopalne czy gaz ziemny) doprowadzi w przyszłości do wyczerpania ich zasobów, co może mieć katastrofalne skutki dla następnych pokoleń. Zaleca się zatem wykorzystanie mniejszych ilości materiałów do produkcji wyrobów oraz użycie źródeł odnawialnych. Ze względu na kwestię odpowiedzialnego korzystania z zasobów środowiska istotne są emisje gazów pochodzących z procesów produkcji oraz efekt cieplarniany. Wskaźnik całkowitej ilości gazów cieplarnianych wyprodukowanych bezpośrednio i pośrednio w poszczególnych etapach cyklu życia wyrobu jest określany pojęciem „carbon footprint”, czyli ślad węglowy. Zwykle wyraża się go w tonach lub kilogramach ditlenku węgla (CO 2). Przy uwzględnieniu etapu wytwarzania materiałów opakowaniowych, wg prof. R. Narayana z Michigan State University, korzystniej w zakresie emisji CO2 wypadają materiały z surowców pochodzenia roślinnego, w tym polimery biodegradowalne, takie jak polilaktyd (PLA). Wynika to z faktu, że rośliny asymilują CO2 podczas fotosyntezy. Z tego powodu wielu naukowców dla etapu wytwarzania materiałów pochodzenia roślinnego zakłada zerowy, a nawet ujemny „carbon footprint”. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w rozdziale 5. Spełnianie wyższych niż stanowi obowiązujące prawo, w tym dobrowolna certyfikacja w zakresie ochrony środowiska W Unii Europejskiej istnieje wiele nieobowiązkowych systemów certyfikacji w zakresie ochrony środowiska, np.: 

certyfikacja wyrobów otrzymywanych ze źródeł odnawialnych;



certyfikacja wyrobów kompostowalnych;



potwierdzenie zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych.

Podane przykłady zostały oznaczone specjalnymi znakami i szerzej opisane w rozdziale 5.

4.3. Kryteria oceny aspektów społecznych Dostępność systemów zbiórki odpadów i technologii odzysku Podczas wprowadzania na rynek nowych wyrobów należy brać pod uwagę dostępność systemów zbiórki powstałych z nich odpadów oraz technologii odzysku dostępnych przemysłowo w określonym regionie. Może się bowiem okazać, że choć wyrób wydaje się przyjazny środowisku, problemy może stwarzać etap postepowania z odpadami, nie są bowiem dostępne technologie odzysku. Jako przykład mogą tu posłużyć odpady tworzyw kompostowalnych, które jeśli nie są selektywnie zbierane z odpadami organicznymi, a deponowane na składowiskach, mają negatywny społeczny wpływ na środowisko. Rys. 20. przedstawia sfery organizacyjne i technologiczne, które powinny funkcjonować w poprawnie działającym systemie recyklingu. Warto przeanalizować powyższy model i ocenić, jak każdy obszar jest reprezentowany na rynku docelowym.

Rys. 20. Model systemu recyklingu Źródło: COBRO

Wiedza konsumentów i poziom edukacji Akceptacja społeczna nowych rozwiązań technicznych i technologicznych wymaga wysokiego poziomu świadomości konsumentów, co z kolei zależy od nakładów finansowych na informację i edukację. Na wybory konsumentów można także wpłynąć poprzez działania marketingowe czy PR oraz edukację na różnych poziomach (zajęcia w szkołach/uniwersytetach, seminaria, konferencje itd.). Spełnianie oczekiwań konsumenta Zgodnie z aktualnymi trendami rynkowymi wyroby powinny się charakteryzować: atrakcyjnym wyglądem, wysokim komfortem użytkowania, ergonomicznym kształtem, trwałością itd. Dążenie do zrównoważonego rozwoju nie powinno dominować nad kwestiami istotnymi dla konsumentów. W tym celu należy korzystać z różnych rodzajów badań rynkowych przeprowadzanych na grupie docelowej. 29

Ocena aspektów społecznych – ukryte koszty związane z końcem cyklu życia Podjęte przez producentów i konsumentów decyzje w skali mikroekonomicznej wpływają na pojawienie się „efektów zewnętrznych” lub „efektów społecznych”. Efekty społeczne można podzielić na: 

pozytywne (korzyści społeczne);



negatywne (koszty społeczne).

Pozytywne efekty społeczne mają miejsce, gdy działania producentów i konsumentów korzystnie wpływają na całe społeczeństwo. Za te korzyści producenci ani konsumenci nie są wynagradzani. Niekorzystne efekty społeczne pojawiają się, gdy producent lub konsument w wyniku swoich decyzji generuje dodatkowe koszty dla społeczeństwa, sam ich jednocześnie nie ponosząc. Koszty te są określane kosztami społecznymi.

4.4. Kryteria oceny aspektów ekonomicznych Popyt na tworzywa polimerowe Wprowadzenie nowego wyrobu na rynek i ustalenie jego ceny powinno opierać się na całkowitym koszcie produkcji danego wyrobu (włączając cenę surowców). Wcześniej należy przeprowadzić analizę rynku i ocenić potencjalnych konsumentów. Dla przykładu: wyniki sondażu COBRO na temat polskiego przemysłu opakowań wskazują, że najważniejszymi czynnikami wpływającymi na decyzje dotyczące produkcji są: cena, właściwości polimeru i jego dostępność. Aż 52% producentów chciałoby zapłacić za tworzywa zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju taką samą cenę jak za klasyczne tworzywa petrochemiczne. Tylko 22% producentów dopuszcza możliwość zwiększenia kosztów do 50%. Poniższy wykres obrazuje typowy układ podaż-popyt, przedstawiający nadwyżkę i niedobór produktu, tj. sytuacje, gdy więcej produktów jest potrzebnych niż jest dostarczanych i gdy więcej produktów jest dostarczanych niż jest potrzebnych. Jednoczesne wystąpienie nadwyżki lub niedoboru produktu oraz popytu i braku popytu na ten produkt powoduje zachwianie równowagi rynkowej. W celu zrównoważenia układu popyt-podaż należy zwiększyć lub zmniejszyć cenę produktu. Ten prosty sposób jest bardzo istotny podczas ustalania strategii cenowej tworzyw polimerowych.

Rys. 21. Typowy układ podaż-popyt przedstawiający nadwyżkę i niedobór produktu

Wybór polimeru – względy ekonomiczne Rodzaj polimeru może zostać wybrany w wyniku: 

analizy rynku;



analizy ryzyka (studium wykonalności);



analizy oferty producentów i dostawców (analiza konkurencji).

Ocena cyklu życia (LCA). Koszty procesów w cyklu życia Ocena kosztów procesów we wszystkich etapach cyklu życia może zostać przeprowadzona za pomocą metody LCA. Analiza będzie zawierała pełne studium środowiskowe z dodatkowymi informacjami o kosztach każdego poszczególnego procesu. Według metody LCA zyski z poszczególnych procesów powinny być analizowane, a decyzje podejmowane na podstawie danych dotyczących kosztów.

5. Systemy oceny wyrobów polimerowych wybranych kryteriów

pod kątem

5.1. Certyfikacja kompostowalnych tworzyw polimerowych Ponieważ pojawiło się wiele wprowadzających w błąd informacji na temat „zielonych tworzyw polimerowych”, organizacje normalizacyjne ustanowiły normy w dziedzinie biotworzyw. W połowie lat 90. Komisja Europejska zobowiązała Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN) do opracowania norm dla opakowań kompostowalnych. W wyniku pracy tego Komitetu powstała norma EN-13432:2000 (polskie wydanie PN-EN-13432:2002), która jest zharmonizowana z Dyrektywą 94/62/WE dotyczącą opakowań i odpadów opakowaniowych. Normy wprowadzają zestaw wymagań, które musi spełnić wyrób lub usługa. Można je podzielić na dwie główne grupy: 

zawierające zestaw określonych wymagań wraz z odpowiednimi wartościami, których spełnienie kwalifikuje do oznaczania specjalnym znakiem. Przykładem takiego zestawu wymagań jest norma EN-13432 dotycząca kompostowalnych tworzyw polimerowych. Była ona podstawą do opracowania normy EN-14995 dotyczącej oceny zdolności do kompostowania tworzyw polimerowych. Zestaw wymagań w tej dziedzinie zawarty jest również w takich normach jak norma ASTM D6400 (amerykańska), norma ISO 17088 (międzynarodowa) i innych;



zawierające metody badań, oceny, oznaczania lub praktyki. Metody zawierają opis prowadzenia badań oraz sposób walidowania. Badania określonej cechy kompostowalnego wyrobu należy przeprowadzić zgodnie z metodą wymieniona w zestawie wymagań.

Znormalizowane wymagania są często podstawą systemów certyfikacji (poza certyfikacją tworzyw polimerowych z surowców odnawialnych). Certyfikat stanowi potwierdzenie, że wyrób/usługa są zgodne z określonymi wymaganiami. Ocena zgodności i badania wyrobu przeprowadzane są przy użyciu odpowiednich metod. Normy dotyczące kompostowalnych tworzyw polimerowych Do określana przydatności do kompostowania najczęściej wykorzystywane są wymagania zawarte we wcześniej wymienionej normie EN-13432. Wyrób kompostowalny powinien spełniać poniższe wymagania: 

poziom zawartości metali ciężkich i innych pierwiastków poniżej limitów ustalonych w Załączniku A do normy;



przeprowadzona analiza procesu biodegradacji - w ciągu 180 dni musi nastąpić co najmniej 90-proc. przemiana węgla organicznego w CO2 (mineralizacja);



przeprowadzona analiza zdolności do rozpadu w czasie obróbki biologicznej. W ciągu 3 miesięcy (12 tygodni) testów przeprowadzanych w warunkach półprzemysłowego lub przemysłowego kompostowania nastąpił odpowiedni rozpad materiału (nie więcej niż 10% suchej masy pozostaje na sicie o średnicy oczek >2 mm);



przeprowadzona analiza ekotoksyczności w celu potwierdzenia, że proces obróbki biologicznej nie obniża jakości uzyskanego kompostu – pozytywny wynik testów wzrostu roślin na kompoście uzyskanym z udziałem badanego materiału.

Kompostowanie, inaczej recykling organiczny, to tlenowy proces obróbki biologicznej odpadów. Jest on prowadzony w warunkach kontrolowanych przy udziale mikroorganizmów, które czerpią energię z przekształcenia węgla w ditlenek węgla. W wyniku tego procesu uzyskuje się materię organiczną, zwaną kompostem.

Potwierdzenie kompostowalności może zostać wydane w postaci certyfikatu przyznanego na wyrób finalny. W przypadku surowców (polimerów), półproduktów oraz dodatków możliwe jest uzyskanie wpisu do rejestru zgodnie z normą EN-13432. Ich producenci nie mogą uzyskać certyfikatów takich jak producenci wyrobów finalnych. Jeśli natomiast producenci wyrobów finalnych wykorzystują zarejestrowane materiały unikają zarówno drogich, jak i długotrwałych procedur potwierdzających kompostowalność. Jednym z pierwszych państw w Europie, które wprowadziły system certyfikacji biodegradowalnych tworzyw polimerowych, były Niemcy. Podstawy do opracowania kryteriów certyfikacji stworzyło Stowarzyszenie Producentów Materiałów Biodegradowalnych (niem. Interessengemeinschaft Biologisch Abbaubare Werkstoffe, IBAW), które w 2006 r. zmieniło nazwę na European Bioplastics Association. Rys. 22. przedstawia systemy certyfikacji prowadzone w Europie wraz z różnymi rodzajami znaków przydatności do kompostowania.

Rys. 22. System certyfikacji biodegradowalnych/kompostowalnych tworzyw polimerowych w Europie Źródło: PLASTiCE W Europie wiodącymi jednostkami certyfikującymi są: DIN CERTCO (członek Niemieckiego Institute for Standardization, DIN) oraz vinçotte. DIN CERTCO współpracuje z wieloma partnerami działającymi w różnych krajach, m.in. w Niemczech, Szwajcarii, Holandii, Wielkiej Brytanii i Polsce. Jednostki certyfikujące według systemu VINÇOTTE działają w skali międzynarodowej, poprzez biura w Belgii i we Włoszech. We Włoszech działa też system CIC (Italian Composting Association wspólnie z Certiquality). Certyfikacja prowadzona zarówno DIN CERTICO, jak i VINÇOTTE jest związana z uprawnieniami posiadacza certyfikatu do nanoszenia na wyrobie finalnym specjalnego znaku o nazwie „Seedling Logo” (Sadzonka), którego właścicielem jest European Bioplastics Association. Znak ten wskazuje konsumentom, że wyrób po zużyciu należy zbierać razem z innymi kompostowalnymi odpadami organicznymi. DIN CERTICO, VINÇOTTE, a także CIC posiadają również swoje własne oznaczenia kompostowalności, które można umieszczać na wyrobie.

Rys. 23. przedstawia znaki przydatności do kompostowania, które są umieszczane na wyrobach certyfikowanych przez: DIN CERTCO, VINÇOTTE oraz CIC.

Rys. 23. Logo „SeedlingTM” oraz „Geprüft” przyznawane przez DIN CERTCO, logo OK COMPOST przyznawane przez VINÇOTTE oraz logo przydatności do kompostowania przyznawane przez CIC. Źródło: strony internetowe jednostek certyfikujących: DIN CERTCO, VINÇOTTE oraz CIC

Potwierdzenie kompostowalności w przypadku opakowań przyznawane jest po spełnieniu poniższych warunków: 

wszystkie materiały opakowania oraz jego elementy muszą być kompostowalne (nawet gdy można je łatwo oddzielić, na przykład kubek do jogurtu oraz pokrywka);



grubość materiału, z którego wykonane jest opakowanie, nie może przekraczać maksymalnej grubości, przy której ulega on biodegradacji;



opakowanie nie może zawierać dodatków niebezpiecznych dla środowiska, a jego planowane zastosowanie musi zostać dokładnie opisane. Certyfikat nie zostanie przyznany, jeśli w skład wyrobu wchodzą dodatki pogarszające jakość kompostu.

W uzupełnieniu do kompostowania przemysłowego DIN CERTCO oraz VINÇOTTE oferują także certyfikację wyrobów przewidzianych do kompostowania w kompostownikach przydomowych. Odpowiednie znaki zaprezentowano na rys. 24. W kompostownikach przydomowych kompostuje znacznie mniejsze ilości odpadów niż w warunkach przemysłowych, a zakres temperatur jest znacznie niższy. Z tego też powodu kompostowanie „ogrodowe” jest trudniejsze, proces biodegradacji przebiega zaś wolniej. Przydatność wyrobu do kompostowania w kompostownikach przydomowych potwierdzają certyfikaty ze znakiem „HOME OK COMPOST”.

Rys. 24. Znaki dla wyrobów kompostowalnych w kompostownikach przydomowych Źródło: strony internetowe jednostek certyfikujących DIN CERTCO i VINÇOTTE VINÇOTTE certyfikuje także wyroby biodegradowalne w glebie oraz w wodzie – na te wyroby nanosi się znaki przedstawione na rys. 25. Te systemy certyfikacji opierają się na wymaganiach odpowiednich norm i gwarantują, że wyroby są całkowicie biodegradowalne w określonych warunkach (gleba lub woda) i nie wpływają niekorzystnie na środowisko naturalne. Należy jednak zwrócić uwagę, że certyfikat biodegradowalności w wodzie nie gwarantuje biodegradowalności w wodzie morskiej (słonej).

Rys. 25. Znaki dla wyrobów biodegradowalnych w glebie oraz w wodzie Źródło: strona internetowa jednostki certyfikującej Vinçotte Certyfikację wyrobów kompostowanych w Stanach Zjednoczonych przeprowadza się w oparciu o normę ASTM D6400. Rys. 26 przedstawia znak przydatności do kompostowania, który przyznaje amerykańska Rada ds. Kompostowania oraz Instytut Produktów Biodegradowalnych.

Rys. 26. Znak informujący o biodegradowalności i przydatności do kompostowania, potwierdzający uzyskanie certyfikatu amerykańskiej Rady ds. Kompostowania i Instytutu Produktów Biodegradowalnych Źródło: strona internetowa instytutu certyfikującego Biodegradable Products Institute

5.2. Certyfikacja zawartości źródeł odnawialnych Do oznaczania udziału surowców odnawialnych wykorzystuje się metodę datowania izotopem węgla 14C. Tworzywa składają się z atomów węgla pochodzącego ze źródeł kopalnych lub odnawialnych, który występuje w naturze jako mieszanina izotopów: 12C, 13C i 14C. Izotop węgla 14C jest nietrwały, wolno się rozpada i jest obecny we wszystkich żywych organizmach. Węgiel 14C wchodzący w skład żywych organizmów jest trwały, gdyż zależy od stężenia węgla 14C w środowisku, które jest stałe ze względu na ciągłą wymianę materii z otoczeniem. Sytuacja zmienia się, gdy dochodzi do śmierci organizmu – stężenie radioaktywnego izotopu węgla 14C zaczyna maleć z powodu jego rozpadu. Okres połowicznego rozpadu izotopu 14C wynosi około 5700 lat. W skali ludzkiego życia proces nie jest widoczny, ale w okresie 50000 lat stężenie izotopu 14C zmaleje tak bardzo, że nie będzie można go zmierzyć. Oznacza to, że zawartość 14C w zasobach kopalnych jest znikoma. Norma ASTM D6866, która opiera się na powyżej opisanym zjawisku, służy do certyfikacji materiałów, półproduktów, dodatków i wyrobów pochodzących ze źródeł odnawialnych lub z udziałem takich źródeł. Instytuty Vinçotte i DIN CERTCO wprowadziły systemy oceny zawartości węgla ze źródeł odnawialnych w tworzywach polimerowych. Dzięki wdrożonemu systemowi możliwe jest określenie procentowej zawartości węgla „starego” (ze źródeł kopalnych) i „nowego” (ze źródeł odnawialnych). Rys. 27. obrazuje różnicę pomiędzy „starym” a „nowym” węglem. „Wiek węglowy” oznacza czas niezbędny do otrzymania węgla do procesu produkcji wyrobu. Klasyczne tworzywa polimerowe składają się z węgla pochodzącego ze źródeł kopalnych, liczącego sobie miliony lat. Tworzywa polimerowe wyprodukowane z materiałów pochodzących ze źródeł odnawialnych (kukurydza, trzcina cukrowa, ziemniaki itp.) zawierają węgiel, którego cykl obiegu w przyrodzie wynosi maksymalnie kilka, a dla materiałów wytworzonych z drewna – kilkadziesiąt lat.

Rys. 27. Obieg węgla W Unii Europejskiej pierwszym systemem certyfikacji wyrobów zawierających źródła odnawialne był system wdrożony przez belgijską jednostkę certyfikująca vinçotte. Certyfikat potwierdzający w składzie zawartość źródeł odnawialnych jest dostępny dla wyrobów zawierających przynajmniej 20% węgla pochodzącego ze źródeł odnawialnych i dzieli się na cztery grupy: 

20–40% zawartości ze źródeł odnawialnych;



40–60% zawartości ze źródeł odnawialnych;



60–80% zawartości ze źródeł odnawialnych;



powyżej 80% zawartości ze źródeł odnawialnych.

System może być wykorzystany dla różnych wyrobów, w całości lub części pochodzących ze źródeł naturalnych (z wyłączeniem paliw stałych, płynnych i gazowych). Kryteria oceny stosowane w certyfikacji są ogólnodostępne. Certyfikowany wyrób musi zawierać co najmniej 30% frakcji węgla organicznego w przeliczeniu na suchą masę i co najmniej 20% zawartości węgla organicznego ze źródeł odnawialnych. Analiza opiera się na metodzie B lub C normy ASTM D6866. Certyfikacji nie podlegają wyroby toksyczne i przeznaczone do zastosowań w medycynie. Rys. 28 przedstawia znak potwierdzający zawartość w wyrobie surowców ze źródeł odnawialnych. Liczba gwiazdek umieszczona na tym znaku zależy od procentowej zawartości węgla pochodzącego ze źródeł odnawialnych.

Rys. 28. Znak VINÇOTTE potwierdzający zawartość w wyrobie źródeł odnawialnych. Źródło: strona internetowa jednostki certyfikującej VINÇOTTE 36

Certyfikacja DIN CERTCO dla tworzyw polimerowych zawierających źródła odnawialne znajduje zastosowanie w wielu branżach (poza wyrobami medycznymi, petrochemicznymi i toksycznymi). Przyznany certyfikat uprawnia do umieszczenia na wyrobie specjalnego znaku, wskazującego na procentową zawartość źródeł odnawialnych. Certyfikacja prowadzona jest w trzech granicznych przedziałach procentowych: 

Od 20 do 50%;



Od 50 do 85%;



powyżej 85% zawartości źródeł odnawialnych.

Rys. 29. przedstawia znaki wskazujące procentową zawartość węgla pochodzącą ze źródeł odnawialnych.

Rys. 29. Symbole DIN CERTCO potwierdzające zawartość źródeł odnawialnych Źródło: strona internetowa jednostki certyfikującej DIN CERTCO

Jeśli wyrób składa się z kilku elementów wykonanych z różnych materiałów, producent jest zobowiązany certyfikować każdy z nich. Istnieje też możliwość certyfikowania grupy wyrobów, jeśli są wykonane z tego samego materiału i posiadają podobny kształt, a różnią się jedynie wielkością.

5.3. Certyfikacja – podsumowanie

Rys. 30. Standaryzacja i certyfikacja biotworzyw 37

Rys. 30. przedstawia graficznie zależności między działaniami normalizacyjnymi i certyfikacyjnymi w zakresie biotworzyw. Biotworzywa to tworzywa polimerowe biodegradowalne i/lub ze źródeł odnawialnych (według definicji European Bioplastics). Systemy certyfikacji dla tych dwóch rodzajów biotworzyw są odrębne. Dla tworzyw polimerowych ze źródeł odnawialnych stosuje się jedynie odpowiednie metody badań, nie ma potrzeby definiowania znormalizowanych wymagań, ponieważ potrzebne do systemu certyfikacji wyniki są uzyskiwane na podstawie proporcji węgla ze źródeł odnawialnych w odniesieniu do węgla „starego”. W oparciu o wyniki oznaczeń zawartości surowców odnawialnych wyrób lub materiał może podlegać certyfikacji. Biodegradowalne tworzywa polimerowe można podzielić na: 

tworzywa polimerowe biodegradowalne w wodzie, dla których ustanowiono znormalizowane wymagania i metody badań, a także jest rozwijany system certyfikacji;



tworzywa polimerowe biodegradowalne w glebie, dla których ustanowiono metody badań bez znormalizowanych wymagań, a system certyfikacji jest rozwijany;



tworzywa polimerowe biodegradowalne w warunkach beztlenowych, jedynie metody badań są rozwijane, nie ustanowiono znormalizowanych wymagań i nie wprowadzono systemu certyfikacji;



tworzywa polimerowe biodegradowalne w warunkach tlenowych (kompostowalne), które obejmują:



tworzywa polimerowe przeznaczone do kompostowania przemysłowego, w tej dziedzinie ustanowiono wiele znormalizowanych wymagań, znormalizowanych metod badań oraz wdrożono systemy certyfikacji,



tworzywa polimerowe przeznaczone do kompostowania w warunkach kompostowników przydomowych, normy obejmujące wymagania zostały opublikowane w 2010 roku, rozwijane są metody badań, a także systemy certyfikacji.

Ze względu na brak potwierdzenia działania mikroorganizmów w procesie rozkładu, oxodegradowalne tworzywa polimerowe NIE należą do grupy biotworzyw. Dla tworzyw oxodegradowalnych opracowano znormalizowane metody badań, brak jednak znormalizowanych wymagań i systemów certyfikacji.

Kwestie związane z normalizacją i certyfikacją biotworzyw są bardzo obszerne, złożone i szybko się zmieniają. Więcej informacji na ten temat uzyskać można, kontaktując się z wymienionymi jednostkami certyfikującymi.

5.4. Ślad węglowy cieplarnianych

–

potwierdzenie

redukcji

emisji

gazów

Ograniczenia w emisji gazów cieplarnianych spowodowały rozwój metod obliczania emisji w przeliczeniu na wyroby przemysłowe, w tym opakowania. Jedną z nich określa się pojęciem „carbon footprint” lub „carbon profile”, czyli śladem węglowym. Ślad węglowy jest wskaźnikiem określającym całkowitą ilość wyemitowanego bezpośrednio i pośrednio CO 2 i innych gazów cieplarnianych podczas całego cyklu ich życia określonego wyrobu. Najpowszechniej stosowana metoda obliczania śladu węglowego w Europie opiera się na wyliczeniach zawartych w normie brytyjskiej PAS 2050:2011, opracowanej przez BSI (British Standards Institution). Rys. 31. przedstawia pięć kroków procedury obliczania śladu węglowego. Rys. 32. ilustruje etapy cyklu życia uwzględniane w obliczeniach wskaźnika „carbon footprint” oraz potrzebne dane.

Rys. 31. Procedury obliczania śladu węglowego wg normy PAS 2050:2011

Rys. 32. Etapy cyklu życia i dane niezbędne do wyliczenia śladu węglowego

Pytania kluczowe:  Jakie zastosowano materiały  Skąd pochodzą?  W jaki sposób są dostarczane?  Jaki rodzaj energii jest zużywany (paliwo, prąd)?  Co może powodować główną emisję?

W 2007 roku Carbon Trust, organizacja finansowana przez rząd brytyjski, wprowadziła nowe oznaczenie tworzyw, tzw. etykietę redukcji węgla („carbon reduction label”). Aktualny wzór znaku znajduje się na rys. 33. Etykieta redukcji węgla oznacza całkowitą wartość emisji ditlenku węgla i innych gazów cieplarnianych w przeliczeniu na CO 2 towarzyszącą różnym procesom w całym cyklu życia danego wyrobu (produkcja, transport, dystrybucja, zbiórka i recykling odpadów). Procedury obliczania redukcji węgla opierają się na normie PAS 2050:2011. Zamieszczona na wyrobach etykieta redukcji węgla informuje konsumenta o poziomie emisji gazów cieplarnianych i pomaga dokonać świadomego wyboru przy zakupie, ukazując wpływ danego wyrobu na środowisko. 39

Rys. 33. Aktualny wzór znaku potwierdzającego współpracę z Carbon Trust w celu ograniczenia emisji CO2. Znak ten informuje: „Współpraca z Carbon Trust. 19 kg CO2 na m2. Ślad węglowy tego wyrobu stanowi całkowitą emisję ditlenku węgla (CO2) i innych gazów cieplarnianych w trakcie jego życia, w tym produkcję, użytkowanie i usuwanie. Zobowiązaliśmy się do obniżenia śladu węglowego.” Producenci współpracujący z Carbon Trust analizują mapy procesów związane z cyklem życia określonych wyrobów i są w stanie wpływać na rozwiązania techniczne i logistyczne, zmniejszające emisję gazów cieplarnianych. W pilotażowym projekcie badawczym wzięli udział producenci następujących wyrobów: sok pomarańczowy, płatki ziemniaczane, środki myjące, żarówki oraz odzież. Rys. 34. przedstawia przykłady etykiet redukcji węgla zamieszczonych na wyrobach sprzedawanych przez jedną z sieci sklepów spożywczych.

Rys. 34. Znak redukcji węgla umieszczony na butelce mleka (należy zwrócić uwagę, że wartość podana na etykiecie redukcji węgla obejmuje cały proces powstania mleka, w tym wyprodukowania butelki, zakrętki, wydrukowania etykiety itd.). Źródło: http://www.german-retail-blog.com/2012/04/19/ tescos-carbon-footprint/

Kolejnym ważnym przykładem współpracy z Carbon Trust jest znaczący światowy producent napojów. Rys. 35 przedstawia drzewo procesów cyklu życia określonego napoju. Rys. 36 prezentuje analizę śladu węglowego dla całego procesu produkcji określonych napojów. Można zauważyć, że ślad węglowy związany z opakowaniem – butelką szklaną – wynosi 68,5% całkowitych emisji CO2 związanej z produkcją napoju. Wartość ta dla metalowej puszki 0,33 l maleje do 56,4%, dla butelki PET 0,5 l wynosi 43,2%, a dla butelki PET 2 l równa się 32,9%.

Rys. 35. Schemat procesów związanych z napojami 40

Rys. 36. Udział śladu węglowego różnych rodzajów opakowań w całkowitych emisjach związanych z produkcja napoju Przy porównaniu śladu węglowego dla niektórych napojów, najwyższą wartość obserwuje się dla standardowego napoju w 330-mililitrowej butelce szklanej (1071 g CO2 na litr). Najniższą wartość ma dietetyczny napój w 2-litrowej butelce (192 g CO2 na litr). Wyższe wartości śladu węglowego dla standardowych napojów w porównaniu z napojami dietetycznymi wiążą się z większą zawartością cukru, co powoduje zwiększoną emisję całkowitą.

Rys. 37. Ślad węglowy dla różnych rodzajów napojów i różnych opakowań 41

6. Podsumowanie Niniejszy przewodnik został opracowany w celu przekazania obiektywnych informacji na temat biotworzyw oraz pełniejszego zrozumienia pojęcia tworzyw polimerowych zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju. Omówione zostały w nim istotne kwestie dotyczące łańcucha wartości wyrobów z tworzyw polimerowych w ujęciu zrównoważonego rozwoju, począwszy od podstawowych pojęć w zakresie materiałów polimerowych, przez charakterystykę biotworzyw i światowe zdolności produkcyjne, a skończywszy na aspektach składających się na ocenę pod kątem zrównoważonego rozwoju (środowiskowe, społeczne i ekonomiczne) oraz systemach certyfikacji. Mamy nadzieję, że zakres tematyczny przewodnika zawiera wszystkie kluczowe zagadnienia. Praktyczne informacje zostały uwzględnione w załącznikach, gdzie podano przykłady zastosowań biotworzyw oraz wykaz badań i innych usług oferowanych przez nasze konsorcjum. Mamy nadzieję, że przewodnik spełnił Państwa oczekiwania. Zapraszamy też do naszego kanału na YouTube (www.youtube.com/user/plasticeproject), na którym udostępniono użyteczne prezentacje wideo i wykłady, a także wykłady ekspertów wygłaszane podczas organizowanych przez nas wydarzeń specjalnych.

Załącznik A Wykaz zastosowań biotworzyw

Wykaz zastosowań biotworzyw został przygotowany z myślą o możliwościach ich wykorzystania w Państwa przedsiębiorstwie i pokazania, że zakres użytkowy jest znacznie szerszy niż tylko biodegradowalne torby handlowe – tzw. reklamówki. Wyroby zostały podzielone na różne grupy, każdy posiada krótki opis możliwych zastosowań wraz z wymienionymi zaletami wynikającymi z zastosowania biotworzyw. Jak zdążyli Państwo zauważyć, w przewodniku staraliśmy się unikać używania nazw konkretnych przedsiębiorstw. Dochodzimy jednak do punktu, w którym niezbędne będzie podanie kilku – naturalnie nie w celach promocyjnych, ale by zaprezentować wszystkie możliwe zastosowania biotworzyw. Zamieszczone zdjęcia są w większości własnością European Bioplastics (zakładka Press/Press pictures), pozostałe zaś zostały opisane źródłem.

Życzymy wielu sukcesów w poszukiwaniu nowych zastosowań biotworzyw.

Folie, torby handlowe Folie z biotworzyw mogą być wykorzystane do produkcji toreb na odpady organiczne, toreb kompostowalnych, toreb ze źródeł odnawialnych, owinięcia wyrobów spożywczych, folie kurczliwe do owinięć napojów i inne. Do głównych zalet stosowania biotworzyw należą: aspekt środowiskowy, zwiększona akceptacja konsumentów, wydłużony okres przechowywania wyrobów na półkach oraz wykorzystanie w recyklingu organicznym odpadów opakowań kompostowalnych.

Kompostowalna torba handlowa Źródło Aldi/BASF

Torba handlowa z Bio PE Źródło : Lidl Austria GmbH

Kompostowalna torba handlowa Źródło : Novamont

Kompostowalna przezroczysta folia do owinięć kwiatów Źródło : FKuR

Kompostowalna folia do pakowania owoców i warzyw Źródło : Alesco

Kompostowalna kurczliwa folia do napojów

Kompostowalna torebka materiałów kosmetycznych

Kompostowalne owinięcie mydła

Źródło : Alesco

Opakowania żywności Opakowania z biotworzyw znalazły zastosowanie w pakowaniu żywności takiej jak: chleb, ciasta, owoce i warzywa, słodycze, przyprawy, herbaty, napoje. Na rynku są już dostępne różne rodzaje takich opakowań. Ich główne zalety to: wydłużony okres przechowywania wyrobów, wysoki poziom akceptacji wśród konsumentów oraz możliwość kompostowania jako proces unieszkodliwiania odpadów organicznych.

Bazujące na celulozie biodegradowalne opakowanie organicznego makaronu Źródło : Birkel

Kompostowalna siatka na owoce Author: FKuR

Bazująca na skrobi rozpuszczalna w wodzie, kompostowalna tacka na pralinki czekoladowe Źródło: Marks and Spencer

Kompostowalny pojemnik na owoce i warzywa, wyprodukowany z PLA Źródło Plastice

Bazujące na celulozie kompostowalne opakowania ziół i przypraw

Źródło: Innovia Films

Kompostowalne opakowania na owoce i warzywa

Źródło: Wentus

Kompostowalne opakowanie bazujące na celulozie

Źródło: Innovia Films

Kompostowalne opakowanie bazujące na celulozie

Źródło: Innovia Films

Butelki składające się w 30% z surowców odnawialnych

Źródło: Coca-Cola

Źródło: Heinz

Butelki wyprodukowane z surowców odnawialnych

Źródło: Blue Lake Citrus Products

Źródło: Sant’Anna – Fonti di Vinadio

Jednorazowe kubki, sztućce i talerze Opakowania i wyroby jednorazowego użycia są często wykorzystywane przez firmy cateringowe podczas pikników, imprez na świeżym powietrzu oraz w samolotach. Generują one ogromną ilość odpadów, a ponadto są trudne w recyklingu ze względu za zanieczyszczenie pozostałościami pożywienia. Natomiast wyroby jednorazowego użycia wykonane z materiałów biodegradowalnych mogą być po zużyciu zbierane razem z resztkami pożywienia i poddawane kompostowaniu, co stanowi ich olbrzymią zaletę.

Kompostowalny kubek do gorących napojów - papier z warstwą biotworzywa

Kompostowalne kubki do zimnych napojów

Źródło: Huhtamaki

Biodegradowalne widelce

Źródło: Novamont

Źródło: Huhtamaki

Miseczki i tacki wyprodukowane z biotworzyw

Biodegradowalne słomki

Źródło: Koser/Tecnaro

Źródło: PLASTiCE

Wyroby rolnicze i ogrodnicze Biodegradowalne doniczki, folie do ściółkowania, tacki ze spienionego PLA stosuje się w ogrodnictwie. Rośliny rosnące w biodegradowalnych doniczkach nie są z nich przesadzane, dzięki czemu korzenie nie zostają uszkodzone, a doniczka w wyniku kompostowania zmienia się w nawóz użyźniający glebę. Folia do ściółkowania, stosowana głównie w uprawach warzyw i zbóż, uniemożliwia rozwój chwastów oraz zatrzymuje wodę. Po zebraniu plonów folia może zostać zaorana i służyć jako nawóz, co jest rozwiązaniem bardziej praktycznym i ekonomicznym od zebrania jej z pola, oczyszczenia z pozostałości gleby i roślin, a następnie poddania recyklingowi. Tacki do rozsadzania roślin wyprodukowane ze spienionego PLA mają identyczne zastosowanie jak te wykonane ze spienionego polistyrenu. Zdecydowaną zaletą jest natomiast możliwość ich kompostowania.

Biodegradowalna doniczka

Źródło: Limagrain

Kompostowalna, biodegradowalna folia do ściółkowania, którą można zaorać

Źródło: BASF

Tacki wytworzone ze spienionego PLA

Źródło: FKuR & Synbra

Elektronika Trudno nie zgodzić się ze stwierdzeniem, że żyjemy w erze elektroniki. Obudowy komputerów, telefonów komórkowych, nośników pamięci i innych małych akcesoriów elektronicznych produkowane są z tradycyjnych tworzyw sztucznych, ponieważ są one lekkie, łatwe do transportu i jednocześnie wytrzymałe. Jednymi z pierwszych wytwarzanych z biotworzyw wyrobów z sektora szybko zbywalnych artykułów elektronicznych są: części klawiatury, obudowy telefonów, odkurzacze, myszki do komputera. Z czasem możliwości zastosowania biotworzyw w sprzęcie elektronicznym rosną w szybkim tempie.

Biodegradowalna myszka

Klawiatura wyprodukowana z biotworzywa

Źródło: Fujitsu

Źródło: Jujitsu

Biodegradowalne słuchawki wyprodukowane z

Obudowa telefonu wyprodukowana w 40% z

biotworzywa

biotworzyw

Źródło: Michael Young Designer

Źródło: Samsung

Biodegradowalne i/lub biopochodne obudowy telefonów

Biodegradowalne obudowy telefonów

Źródło: Ventev Innovations

Źródło: Api Spa – Biomood Srl

Odzież Obecnie w produkcji obuwia czy materiałów syntetycznych klasyczne tworzywa i materiały naturalne są wypierane przez biotworzywa. Z tych ostatnich szyje się suknie ślubne, kurtki, a nawet produkuje obuwie (biotworzywa polimerowe są doskonałą biodegradowalną alternatywą dla skóry). Wartość dodaną stanowi tu wszechstronność zastosowania, nawet do najnowocześniejszego obuwia wysokiej jakości.

Kurtka uszyta z materiału wyprodukowanego w części z biotworzyw

Źródło: DuPont

Biodegradowalna suknia ślubna

Biodegradowalne buty

Źródło: ecouterre.com – Gucci

Źródło: Gattinoni

Artykuły higieniczne i kosmetyczne Artykuły higieniczne i kosmetyczne są źródłem ogromnej ilości odpadów, dlatego też konieczność wprowadzenia opakowań z materiałów bardziej przyjaznych dla środowiska wydaje się w tym przypadku oczywista. Niektórzy producenci stosują biodegradowalne tworzywa, inni zamienili klasyczne opakowania z materiałów pochodzących ze źródeł kopalnych na zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju materiały polimerowe ze źródeł odnawialnych. Zagospodarowanie odpadów powstałych po zużyciu opakowań wykonanych z takich materiałów jest bardzo proste.

Biodegradowalne opakowania kosmetyków

Źródło: Sidaplax

Biodegradowalne opakowania kosmetyków Źródło: FKuR

Biodegradowalne opakowania kosmetyków

Źródło: Cargo Cosmetics

Kompostowalna szczoteczka do zębów (włosie nie jest kompostowalne!)

Źródło: World Centric

Biodegradowalne opakowania kosmetyków do pielęgnacji włosów i ciała

Opakowania ze źródeł odnawialnych kosmetyków do pielęgnacji włosów i ciała

Źródło: Sidaplax

Źródło: Eudermic/Natureworks

Źródło: Procter&Gamble

Tekstylia – gospodarstwo domowe i motoryzacja Jak już Państwo zauważyli, biotworzywa znajdują szeroki zakres zastosowań. Jednym z możliwych jest wytwarzanie artykułów włókienniczych. Do produkcji tekstyliów mogą być wykorzystywane różne rodzaje tworzyw, jednak specjaliści komunikacji społecznej kładą duży nacisk na te pochodzące ze źródeł odnawialnych, mimo iż niektóre są także biodegradowalne. Wyroby wytwarzane z takich tekstyliów posiadają niemal identyczne podobne właściwości i jakość jak klasyczne wyroby (np. dywany, materiały obiciowe itp.).

Dywan wyprodukowany z biotworzywa

Materiał obiciowy wyprodukowany z biotworzywa

Wypełnienie poduszki wyprodukowane z biotworzywa

Źródło: DuPont

Źródło: Tango Biofabric. Tejin

Źródło: Paradies GmbH

Tekstylia wyprodukowane z biotworzywa BIO-PET w bagażniku Toyoty

Termoodporne obicie fotela samochodowego wyprodukowane w 100% z biotworzywa

Źródło: http://goo.gl/V4mIJ

Źródło: Mazda Motor Corporation, Teijin

Motoryzacja Jak już wspomniano wcześniej, biotworzywa wykorzystuje się do wytwarzania materiałów i elementów wyposażenia wnętrz samochodów. Są też używane w produkcji innych artykułów motoryzacyjnych, które muszą spełniać specyficzne wymogi, np. przewód paliwowy wyprodukowany z nylonu pochodzącego ze źródeł odnawialnych.

Przewód paliwowy wykonany z nylonu pochodzącego ze źródeł odnawialnych (odporny na działanie biopaliw, ekstremalne temperatury i naprężenia mechaniczne) Źródło: DuPont

Obudowa poduszki powietrznej wykonana z tworzywa polimerowego ze źródeł odnawialnych biobased

Źródło: DuPont

Sport

Dzięki tworzywom sztucznym uprawianie sportu stało się tańsze. Gadżety i odzież sportowa są w większości wykonane z tych materiałów. Również biotworzywa powoli wchodzą na ten obszar. Poniżej zamieszczono przykłady wyrobów z biotworzyw.

Biodegradowalne miękkie naboje Biodegradable airsoft pellets - biodegradowalne naboje do gry w airsoft!!!Źródło: Wikimedia Commons

Biodegradowalny kołeczek golfowy

Źródło: EcoGolf

Buty narciarskie wykonane z surowców odnawialnych

Buty narciarskie wykonane w 80% z surowców

Źródło: Salomon

Źródło: Atomic

odnawialnych

Siedzenia na stadionie ArenA wykonane z PE ze źródeł odnawialnych biobased

Inne Poniżej przedstawiono niektóre z zastosowań biotworzyw, których nie uwzględniono w żadnej z wymienionych grup.

Biodegradowalny ołówek

Torba podróżna wyprodukowana w 100% z surowców odnawialnych

Źródło: Telles, Metabolix

Źródło: Arkema

Biopochodne i biodegradowalne zabawki

Biodegradowalne wieszaki z „ciekłego drewna”

Kołki Fisher UX wykonane z tworzyw biodegradowalnych

Źródło: Benetton Group

Źródło: fischerwerke, Waldachtal

Oprawki okularów wyprodukowane z surowców odnawialnych

Oprawki okularów wyprodukowane z surowców

Źródło: Tanaka Foresight Inc., Teijin

Źródło: Arkema

odnawialnych

Załącznik B Schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów biodegradowalnych

Rozwój łańcucha wartości zrównoważonego rozwoju tworzyw polimerowych w Europie Centralnej

Pakiet zadaniowy 3 Opracowanie mapy drogowej – od nauki do innowacji w łańcuchu wartości

WSPÓLNY (PONADNARODOWY) SCHEMAT BADAŃ I ROZWOJU W ZAKRESIE POLIMERÓW BIODEGRADOWALNYCH

Wprowadzenie W okresie ostatnich lat Konsorcjum PLASTiCE było zaangażowane w badania podstawowe i stosowane nad różnymi etapami łańcucha wartości biodegradowalnych tworzyw polimerowych. Chociaż każda z biorących udział w projekcie instytucji jest pod względem teoretycznym przygotowana do realizacji większości usług badawczych, w praktyce każda z nich specjalizuje się w innej dziedzinie badań i rozwoju. Aby lepiej spełniać potrzeby producentów polimerów biodegradowalnych i tworzyw polimerowych w Europie Centralnej oraz wspomóc proces wprowadzenia nowych rozwiązań na rynek, Konsorcjum PLASTiCE rozpoczęło tworzenie ponadnarodowego schematu badań i rozwoju. Dzięki współpracy siedmiu instytucji badawczo-rozwojowych z czterech krajów, wspólny schemat badań i rozwoju oferuje ściśle dostosowane do potrzeb rozwiązania dla przedsiębiorstw z Europy Centralnej zaangażowanych we wprowadzenie na rynek nowych zastosowań polimerów biodegradowalnych. W celu uzyskania dalszych informacji na temat współpracy z PLASTiCE zapraszamy do kontaktu z lokalną instytucją badawczo-rozwojową. Dane kontaktowe partnerów prowadzących badania. (P) Włochy i Austria

Uniwersytet Boloński, Wydział Chemiczny „G. Ciamician” (P1) prof. Mariastella Scandola, kierownik Polymer Science Group Tel./Fax: +39 0512099577/+39 0512099456 E-mail: mariastella.scandola@unibo.it

Czechy i Słowacja

Instytut Polimerów Słowackiej Akademii Nauk (P2) prof. Ivan Chodak, samodzielny pracownik naukowo-badawczy Tel./Fax: +421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923 E-mail: upolchiv@savba.sk Politechnika Słowacka w Bratysławie (P3) prof. Dušan Bakoš Tel./Fax: +421 903 238191, +421 2 59325439, fax +421 2 52495381 E-mail: dusan.bakos@stuba.sk

Słowenia i kraje bałkańskie

Narodowy Instytut Chemii (P4) Laboratorium Chemii i Technologii Polimerów Andrej Kržan, starszy pracownik naukowo-badawczy Tel./Fax: +386 1 47 60 296 E-mail: andrej.krzan@ki.si Centrum Doskonalenia Materiałów I Technologii Polimerów (P5) Urska Kropf, pracownik naukowo-badawczy Tel./Fax: +386 3 42 58 400 E-mail: urska.kropf@polieko.si

Polska i kraje bałtyckie

Polska Akademia Nauk, Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych (P6) Prof. Marek Kowalczuk, kierownik Pracowni Materiałów Biodegradowalnych Tel./Fax: +48 32 271 60 77/+48 32 271 29 69 E-mail: cchpmk@poczta.ck.gliwice.pl COBRO - Instytut Badawczy Opakowań (P7) Prof. Hanna Żakowska, kierownik Centrum Badań i Rozwoju Opakowań Tel./Fax: +48 22 842 20 11 ext. 18 E-mail: ekopack@cobro.org.pl 56

Zakres badań i prac rozwojowych PLASTiCE oferuje usługi w zakresie badań i rozwoju materiałów polimerowych PLA i PHA, materiałów wyprodukowanych ze skrobi itd., dopasowane do konkretnych potrzeb przemysłu. Poniższa tabela przedstawia przegląd obszarów specjalizacji partnerów konsorcjum. Pełne dane partnera przedstawiono w tabeli powyżej, wraz z odpowiadającym mu skrótem w formacie (P)

Obszar badań

PLA, PHA, materiały wyprodukowane ze skrobi

Inne materiały

Charakterystyka polimerów dostępnych na rynku:

 

P2, P3, P6

P1, P2, P3, P5

P1, P2, P5

P2, P5, P6

P5, P6

P2, P3, P5

P2, P3, P5, P6

P2, P3, P5

folie

P3, P5*, P6

opakowania twarde

P3, P5*, P6

opakowania giętkie

P3, P6

folie do ściółkowania

P3, P6

P5*, P6

P4, P2, P6, P7

P2, P6, P7

P2, P3, P1, P5, P6, P7

Skład i struktura molekularna Właściwości ciał stałych

Modyfikacja właściwości chemicznych polimerów:

 

Modyfikacja za pomocą polimerów modyfikujących Polimery funkcjonalne

Modyfikacja właściwości fizycznych polimerów:



Modyfikacja za pomocą dodatków



Mieszaniny polimerów



Kompozyty polimerowe, w tym nanokompozyty

Przetwarzanie:



Reologia, parametry procesów



Homogenizacja (z zastosowaniem mieszalników wewnętrznych, wytłaczarek jedno- i dwuślimakowych) Produkcja przemysłowa:

     

materiały spienione materiały powlekane

Właściwości zastosowań wyrobów polimerowych:

  

właściwości starzeniowe tworzyw polimerowych barierowość tworzyw polimerowych (przenikanie gazów) właściwości termiczne i mechaniczne



trwałość i okres przechowywania (kontakt z żywnością, P7 zgodnie z Dyrektywą Unijną EX 2002/72) Badania biodegradacji i kompostowalności (zgodnie z normami EN, ASTM i ISO):



w warunkach laboratoryjnych



w tlenowych miejskich i przemysłowych

*: we współpracy z partnerami

P3*, P5, P6, P7

Międzynarodowy schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów biodegradowalnych Obszary usług badawczych

Charakterystyka polimerów obecnych na rynku Właściwości ciał stałych (termalne, mechaniczne, strukturalne, morfologiczne) Analiza stabilności cieplnej (temperatury rozkładu) materiałów jedno- i wieloskładnikowych (analiza termograwimetryczna w zakresach temperatur od pokojowej do 900°C w atmosferze gazów obojętnych lub powietrzu)

Analiza stabilności cieplnej substancji lotnych oraz spektrometria mas (przy zastosowaniu TGA-MS, w zakresach temperatur od pokojowej do 900°C w atmosferze gazów obojętnych) Opis działalności badawczej

Analiza przemiany cieplnej (temperatura zeszklenia, krystalizacji, topnienia, z oceną temperatury przejścia i przyrostów ciepła właściwego, entalpie krystalizacji i topnienia, różnicowa kalorymetria skaningowa, w zakresach temperatur od -100°C do 250°C, chłodzenie ciekłym azotem) – 2 cykle dla próbki

2-4 tygodnie zależnie od ilości próbek

Ocena właściwości mechanicznych w temperaturze pokojowej (współczynnik sprężystości, naprężenia i odkształcenia do granicy plastyczności i złamania w próbie rozciągania z analizą wyników dla przynajmniej 8 próbek)

2-5 tygodni zależnie od ilości próbek

Ocena relaksacji lepkosprężystych (dynamiczna analiza mechaniczna w trybie jedno- lub wieloczęstotliwościowym, w zakresach temperatur od -100°C do 250°C) Structural analysis of the crystal phase (by wide angle X-ray powder diffraction) Co otrzymuje klient

Report on the physical properties of the analysed polymers

Obszary usług badawczych

Charakterystyka polimerów obecnych na rynku Skład i struktura cząsteczkowa

Co otrzymuje klient

3-4 weeks 2 weeks

Przybliżony czas oczekiwania na wyniki badania

Ocena właściwości ciała stałego z zastosowaniem spektroskopii podczerwieni (fourierowski spektrometr podczerwieni, FTIR)

Opis działalności badawczej

Przybliżony czas oczekiwania na wyniki badania 3 dni robocze (pojedyncza próbka), 1-2 tygodnie (do 10 próbek) 3 dni robocze (pojedyncza próbka),1-2 tygodnie (do 10 próbek)

Oznaczenie rozpuszczalności i określenie zawartości procentowej polimeru w tworzywie (analiza chemiczna) Oznaczenie polimeru w tworzywie za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR)

1-2 tygodnie 1-3 tygodnie 1-3 tygodnie

Oznaczenie ciężaru cząsteczkowego polimeru metodą chromatografii żelowej (GPC)

1-3 tygodnie

Analiza dodatków z zastosowaniem spektrometru mas LCMS-IT-TOF (hybrydowego spektrometru mas z opcją pułapki jonowej, z rozdzielnością i dokładnością mas tandemowej spektrometrii mas)

1-3 tygodnie

Oznaczanie biodegradowalnych kopolimerów PHA z zastosowaniem tandemowej spektrometrii masowej umożliwiającej sekwencyjną fragmentację (ESI-MSn)

1-3 tygodnie

Raport na temat struktury molekularnej badanego tworzywa oraz charakterystyki zastosowanych dodatków

Obszary usług badawczych

Opis działalności badawczej

Modyfikacja właściwości polimerów na drodze chemicznej: Modyfikacja za pomocą dodatków modyfikujących Polimery funkcjonalne Synteza chemicznych środków modyfikujących

1 miesiąc – 2 lata

Oznaczenie właściwości fizycznych materiałów polimerowych

3 dni – 2 tygodnie

Modyfikacja polimerów w celu uzyskania określonych właściwości: usieciowanie polimerów dla lepszej odporności na rozpuszczalniki

1 miesiąc – 2 lata

Modyfikacja polimerów w celu uzyskania określonych właściwości: zwiększenie polarności powierzchni dla łatwiejszego nadrukowywania lub przyczepności, zwiększenie stabilności cieplnej i oksydacyjnej

1 miesiąc – 2 lata

Co otrzymuje klient

Standardowe komercyjne polimery posiadające określone właściwości

Obszary usług badawczych

Modyfikacja właściwości polimerów na drodze fizycznej: Modyfikacja za pomocą dodatków, Mieszaniny polimerów, Kompozyty polimerowe, w tym nanokompozyty

Opis działalności badawczej

Modyfikacja właściwości określonego polimeru poprzez uzupełnienie o dodatki o niskiej masie cząsteczkowej, np. plastyfikatory, wypełniacze, stabilizatory, lub poprzez mieszanie z małymi ilościami innego polimeru w celu uzyskania pożądanych właściwości Mieszanie dwóch polimerów w pełnych zakresach stężeń, w celu uzyskania pożądanych właściwości stosuje się modyfikację powierzchni międzyfazowej i kompatybilizację składników Przygotowanie kompozytów pochodzących z macierzy polimerowej z dopasowanymi właściwościami otrzymanymi w wyniku modyfikacji powierzchni międzyfazowej

Co otrzymuje klient

Obszary usług badawczych Opis działalności badawczej

Przybliżony czas oczekiwania na wyniki badania

1 miesiąc – 2 lata (lub dłużej) 1 miesiąc – 2 lata (lub dłużej) 1 miesiąc – 2 lata (lub dłużej)

Raport na temat alternatyw dla kompatybilizacji różnych biodegradowalnych mieszanin polimerowych Przetwarzanie: Reologia, parametry procesów Homogenizacja (z zastosowaniem mikserów, wytłaczarek)

Przybliżony czas oczekiwania na wyniki badania

Wybór najbardziej obiecujących mieszanin biodegradowalnych polimerów dla danego zastosowania, propozycje zastosowań

1 dzień – 3 miesiące

Określanie parametrów procesów

1-4 tygodnie

Co otrzymuje klient

Raport na temat parametrów procesów wybranych biodegradowalnych polimerów, polecane metody przetwarzania, w tym niezbędne wyposażenie w sprzęt oraz typowe parametry procesów

Obszary usług badawczych

Badania dotyczące przetwarzania przemysłowego: folie, opakowania sztywne, opakowania giętkie, folie ogrodnicze, materiały spienione, materiały powlekane Produkcja folii w skali laboratoryjnej: badania nad technologią produkcji, badania nad mieszaniem polimerów, produkcja wzorcowej serii (wytłaczarka dwuślimakowa [MiniLab II] sprzężona z wtryskarką [MiniJet II] marki HAAKE, podajnik, ciągłe wytłaczanie małych objętości, mini wtryskarka pozwala na wyprodukowanie małych ilości wyrobu na potrzeby badań, możliwość ciągłego zapisywania danych o odkształcaniu)

Opis działalności badawczej

Co otrzymuje klient

Przybliżony czas oczekiwania na wyniki badania

1-2 tygodnie

Produkcja opakowań giętkich w skali laboratoryjnej

1-2 tygodnie

Wsparcie przy produkcji pilotażowej

1 dzień – 6 tygodni

Kontrola właściwości mechanicznych wyrobu podczas procesu produkcji: pomiary właściwości mechanicznych za pomocą maszyny wytrzymałościowej Instron 4204

1-2 tygodnie

Kontrola właściwości molekularnych wyrobu podczas procesu produkcji

1-3 tygodnie

Raport na temat stabilności w odniesieniu do składu opakowania

Obszary usług badawczych

Badanie właściwości zastosowań wyrobów polimerowych wykorzystywanych do produkcji opakowań: Właściwości starzeniowe tworzyw polimerowych, Barierowość tworzyw polimerowych (przepuszczalność gazów), Właściwości termiczne i mechaniczne , Trwałość i okres przechowywania (kontakt z żywnością, zgodnie z Dyrektywą Unijną E10/2011) Xenotest – metoda służąca do przyśpieszonych badań starzeniowych dla wyrobów włókienniczych Oznaczanie całkowitego węgla organicznego i zawartości źródeł odnawialnych w tworzywach polimerowych

Opis działalności badawczej

4 miesiące* 1 miesiąc*

Badanie przepuszczalności gazowej (para wodna, tlen, dwutlenek węgla)

2 tygodnie*

Oznaczanie możliwości rozciągania (naprężenia przy zerwaniu, wydłużenie przy zerwaniu, współczynnik sprężystości itd.)

2 tygodnie*

Oznaczanie odporności na zerwanie

2 tygodnie*

Oznaczanie odporności na zerwanie za pomocą metody swobodnego spadku

2 tygodnie*

Właściwości zgrzewania (maksymalne obciążenie przy przerwaniu, oporność zgrzewania itd.)

2 tygodnie*

Badanie Hot-tack zgrzewania

2 tygodnie*

Skaningowa kalorymetria różnicowa (DSC) i fourierowska spektrometria podczerwieni (FTIR) Analiza sensoryczna

1 tydzień* 1-1,5 miesiąca*

Ogólne i specyficzne badanie migracji z pożywienia substancji o niskiej masie cząsteczkowej Badanie zawartości monomerów w tworzywach polimerowych i emisji substancji lotnych Co otrzymuje klient

Przybliżony czas oczekiwania na wyniki badania

2 miesiące* 1 miesiąc*

Analiza tworzyw biodegradowalnych/ze źródeł odnawialnych i ich właściwości. Raport i analiza właściwości tworzyw polimerowych do zastosowań związanych z opakowaniami

*Średni czas wykonania usługi, w tym przygotowanie, badanie, analiza; czas zależy od dostępności laboratorium Obszary usług badawczych

Opis działalności badawczej

Badanie biodegradacji i kompostowalności (zgodnie z normami EN, ASTM i ISO) w warunkach laboratoryjnych, w tlenowych miejskich i przemysłowych kompostowniach Badanie dezintegracji i kompostowalności w warunkach laboratoryjnych: badania wstępne nad biodegradowalnością opakowań z zastosowaniem symulowanych warunków kompostowania w skali laboratoryjnej zgodnie z normą EN 14806:2010

4 miesiące

Badania degradacji i kompostowalności przeprowadzane w warunkach laboratoryjnych: badanie degradacji hydrolitycznej w wodzie lub buforze (badanie degradacji polimerów biodegradowalnych w celu ustalenia zachowania się w środowisku starzejącym)

Od kilku tygodni do 6 miesięcy, w zależności od rodzaju tworzyw i standardu

Badania degradacji i kompostowalności przeprowadzane w warunkach laboratoryjnych: degradacja w kompoście z zastosowaniem respirometru Micro-Oxymax S/N 110315 Columbus Instruments w celu pomiaru CO2 zgodnie z normą PN-EN ISO 14855-1:2009 – Oznaczanie całkowitej biodegradacji tlenowej tworzyw sztucznych w kontrolowanych warunkach kompostowania – Metoda pomiaru wydzielonego dwutlenku węgla – Część 2. Pomiar grawimetryczny dwutlenku węgla wydzielonego podczas badań laboratoryjnych

Od kilku tygodni do 6 miesięcy, w zależności od rodzaju tworzyw i standardu

(Badania (bio)degradacji i kompostowalności przeprowadzane w kompostowniach (badanie tworzywa biodegradowalnego w przemysłowych warunkach kompostowania lub kompostowniach systemu KNEER)

Od kilku tygodni do 6 miesięcy, w zależności od rodzaju tworzyw i standardu

Certyfikacja wyrobów kompostowalnych związana z oznaczeniem znakiem „kompostowalny” (we współpracy z DIN CERTO, członek Niemieckiej Organizacji Standaryzacji DIN) Co otrzymuje klient

Przybliżony czas oczekiwania na wyniki badania

2-4 miesiące

Raport dotyczący zachowań nowych tworzyw polimerowych podczas testów dezintegracji i/lub biodegradacji Możliwość uzyskania certyfikatu

Better plastics produce less waste