BIOPOLYMERY A BIOPLASTY

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU INFORMAČNO - VZDELÁVACÍ MATERIÁL PRE UČITEĽOV A ASISTENTOV V CHEMICKOM LABORATÓRIU NA ZÁKLADNÝCH A STREDNÝCH ŠKOLÁCH Maša Šprajcar, Petra Horvat, Andrej Kržan Institute of Chemistry, Ljubljana BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

1

ÚVOD

OBSAH 2 2 2

ÚVOD CIEĽ OSNOVA

1 2 3 4

BIOPLASY: PÔVOD, TVORBA A ROZKLAD

_____________________ 3 BIOPLASTY Z OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV

_____________________ 14 BIOPLASTY V KAŽDODENNOM ŽIVOTE

_____________________ 23 NÁVRHY PRE EXPERIMENTY

_____________________ 28 VÝZNAM TERMÍNOV

31

V roku 2010 sa vyrobilo vo svete 265 miliónov ton plastov, z toho 57 miliónov v Európe [1]. Očakáva sa, že výroba a spotreba polymérnych materiálov bude rásť najmenej dovtedy, kým ‚rozvojové krajiny‘ nedosiahnu takú priemernú spotrebu, ako je v rozvinutých krajinách.

V súčasnosti sa okolo 80 % všetkých polymérnych materiálov vyrábaná petrochemickým priemyslom, to znamená, že sú vyrábané z fosílnych (neobnoviteľných) zdrojov. Spolu s rastúcou spotrebou plastov narastá tiež negatívny vplyv na životné prostredie. V súvislosti s environmentálnym dopadom v dôsledku rozvinutej výroby polymérov a plastov narastajú záťaže odpadov, ktoré vznikajú, ak užívatelia ďalej opotrebované výrobky nepotrebujú. Odpad sa stáva ťažiskovým problémom už dlhé roky; s masovou spotrebou výrobkov s krátkou životnosťou rapídne narastá množstvo odpadu. Skládky odpadu majú početné potenciálne negatívne environmentálne dopady (presakovanie výluhov do podzemných vôd, zápach, deštrukciu lokálnej flóry a fauny, lokálne zmeny v životnom prostredí, znečistenie pôdy, ...) a súčasne vyžadujú veľa priestoru. Plastový odpad, ktorý si rôznymi spôsobmi nájde svoju cestu do prírodného prostredia, súvisí dokonca s ešte väčším nebezpečenstvom. Dva zo spôsobov ako znižovať množstvo odpadu na skládkach a tým environmentálnu záťaž, sú opätovné používanie alebo recyklácia výrobkov. Alternatívnou možnosťou sú tiež polyméry ktoré sú biodegradovateľné alebo vyrobené z obnoviteľných zdrojov. Toto sú novšie a menej známe materiály, ktoré sľubujú väčšiu udržateľnosť plastov v budúcnosti. Predmetom tejto publikácie sú tieto materiály.

CIEĽ Prvé plasty ktoré boli deklarované ako biodegradovateľné sa objavili na trhu pred viac ako dvadsiatimi rokmi.

Ich objavenie sa na trhu neprinieslo okamžitý úspech, čo bolo dané hlavne nedostatočnými poznatkami o ich skutočnej bioderadovateľnosti, teda vlastnosti, ktorá bola prezentovaná ako ich veľká výhoda [2].

Vedecký a technologický vývoj v oblasti biodegradácie a biopolymérov zaznamenal odvtedy výrazný pokrok a dnes možno kúpiť overené biodegradovateľné výrobky vo väčšine väčších obchodov. V súvislosti s tým sa Stredná Európa môže pochváliť predovšetkým jej silnou vedeckou bázou v oblasti biopolymérov a bioplastov, ale malo by sa to lepšie zužitkovať aj v priemysle plastov.

Medzinárodný projekt: PLASTiCE – Rozvoj inovačného hodnotového reťazca pre udržateľné plasty v Strednej Európe; je určený pre predstavovanie nových, viac environmentálne prijateľných a udržateľných typov plastov. Projekt kladie dôraz na identifikáciu a elimináciu obmedzení, čím by sa v Strednej Európe zabezpečilo rýchlejšie a rozšírenejšie používanie udržateľných typov plastov, najmä biodegradovateľných plastov a plastov z obnoviteľných zdrojov (spolu bioplastov). Špecifické ciele sú:  



Väčšie uvedomenie si plastov u cieľových skupín.

Zlepšenie mechanizmov pre transfer technológií a výmenu znalostí o biodegradovateľných plastoch s priemyselnými partnermi.

Zlepšenie prístupu k vedeckým objavom, používanie existujúcich vedomostí a ich adaptácia na požiadavky výrobcov biodegradovateľných polymérov a plastov.

Posilnenie spolupráce medzi výskumnými ústavmi a podnikateľskou sférou.

Viac o projekte a o najnovších správach možno nájsť na: www.plastice.org, na Facebooku: www.facebook. com/PlasticeSlovenia, a na YouTube kanály projektu - www.youtube.com/user/plasticeproject - nájdete tam videozáznamy z našich prednášok.

Táto publikácia je určená pre učiteľov chémie a asistentov v laboratóriách škôl prvého a druhého stupňa. Zahrňuje nestranné a vedecky podložené informácie z oblasti biodegadovateľných plastov a plastov z obnoviteľných zdrojov, ktoré sú vhodné pre výučbu žiakov/študentov. Týmto chceme zvýšiť povedomie medzi širšou verejnosťou a oboznámiť verejnosť s existujúcou možnosťou výberu. Úspech bioplastov v presadení sa na trhu a vývoj v biopolyméroch sú neoddeliteľné od uvedomelých, chápavých a kritických konzumentov uvedomujúcich si, že je tu možnosť výberu a že ich výber môže spoluvytvárať budúcnosť ich a ich nasledovníkov.

OSNOVA Obsah tohto materiálu je rozdelený do štyroch kapitol. Prvá kapitola postupne vysvetľuje ako sú polyméry a plasty odvodené z monomérov. Objasňuje rozdiel medzi tak zvanými konvenčnými plastami, vyrábanými na základe fosílnych zdrojov a bioplastami; väčší dôraz sa kladie na samotné biopolyméry a bioplasty – čo vlastne sú, ako sa získavajú a ako degradujú. Popisuje tiež, prečo sú bioplasty významnou alternatívou ku konvenčným plastom.

Druhá kapitola sa zameriava na plasty odvodené z obnoviteľných zdrojov. Táto skupina plastov môže, najmä v budúcnosti, významne prispieť k zníženiu spotreby fosílnych palív a zabrániť dôsledkom, ktoré spôsobuje ich používanie. Kapitola tiež vysvetľuje prečo plasty odvodené z obnoviteľných zdrojov nemusia byť všetky tiež biodegradateľné.

Tretia časť je určená bioplastom, s ktorými sa spotrebitelia môžu stretnúť a používať ich v práci alebo doma.

Vysvetľuje čo všetko môže byť vyrobené z plastov a ako zaobchádzať s výrobkami z bioplastov, ak ich ďalej nepotrebujeme. Tiež popisuje certifikačné značenia, ktoré najlepšie garantujú skutočnú povahu materiálu.

Na konci každej kapitoly sú uvedené krátke súhrny, ktoré poskytujú súčasne aj základné odkazy.

Vo štvrtej kapitole nájdete popis krátkeho experimentu (vhodného pre uskutočnenie v triede počas hodiny) a dvoch dlhších experimentov (vhodných pre laboratórne cvičenie), ktoré možno robiť so študentmi, aby si vedeli lepšie predstaviť čo sú bioplasty, ako si ich môžu aj sami pripraviť a aké sú ich rozdiely a podobnosti od konvenčných plastov. Popisujú tiež pokus kompostovania, ktorý trvá dlhší čas a dáva študentom veľmi praktické pochopenie biodegradácie a kompostovania.

Na konci publikácie nájdete prehľad termínov používaných v literatúre.

2

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

BIOPLASTY: PÔVOD, TVORBA A ROZKLAD BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

1

3

1

BIOPLASTY: PÔVOD, TVORBA A ROZKLAD

Myslenie je hybnou silou vývoja ľudstva a odpradávna, keď človek hľadal optimálny spôsob naplnenia svojich potrieb a uhasenia smädu po poznaní skúmaním, objavil a vymyslel všetko od kamenných nástrojov a ohňa, až k nanomateriálom.

Niekde medzi ohňom a nanomateriálmi boli objavené plasty. Ľudia cítili potrebu mať materiál, ktorý by bol trvalý ako je len možné. Počiatky plastov siahajú späť do roku, kedy John Wesley Hyatt vynašiel nitrocelulózu, kompozitný materiál spočiatku používaný na biliardové gule.

Nitrocelulóza, neskôr známa ako celuloid bola prvým priemyselným plastom. Iróniou je, že jeden a pol storočia neskôr čelíme problémom vysokej trvanlivosti a alarmujúceho množstva plastového odpadu v životnom prostredí. Pozrime sa ako pôvodné vlastnosti prvých plastov podmieňujúce ich rozvoj, sa stali základným problémom a aké východiská z tejto dilémy v súčasnosti ponúkajú bioplasty.

SYNTETICKÉ POLYMÉRY A PROBLÉM KTORÝ PREDSTAVUJÚ Materiál z plastov (plast) obsahuje ako základnú zložku syntetické polyméry, ktoré sú charakteristické vysokou mólovou hmotnosťou. V dôsledku jednoduchého spracovania a množstva možností pre výrobu cenovo výhodných výrobkov, ktoré zvyšujú životný štandard, kvalitu a komfort života, polymérne materiály úspešne prenikli na globálny trh. Každý z nás sa denne stretáva so širokou škálou materiálov z plastov a s výrobkami z nich, pre ich udivujúcu rôznorodosť a neuveriteľne širokú škálu ich vlastností a aplikácií. Potraviny ktoré kupujeme v obchodoch, ale aj výrobky osobnej hygieny sú balené do rôznych typov plastov, z plastov sú vyrobené športové náradia, detské hračky, kancelárske potreby, kuchynský riad, atď.

V dôsledku mimoriadneho nárastu výroby a používania plastov sú v súčasnosti pálčivým problémom dôsledky používania plastov a nakladanie s plastami keď sa stanú odpadom. Znepokojenie hlavne vyplýva z potenciálneho dopadu umelých látok na zdravie ľudí a na ničenie životného prostredia.

Takmer všetky plasty sú dnes syntetizované prostredníctvom petrochemického priemyslu zo surovín odvodených od fosílnych palív. Globálne otepľovanie sa spája s využívaním fosílnych palív – a pritom sa spotrebujú cenné neobnoviteľné zdroje materiálov. Navyše časť plastov skončí v prírodnom prostredí, kde sú permanentne cudzou zložkou, keďže ide o umelo syntetizované polyméry, ktoré sa v prírode nevyskytujú. Ako také môžu predstavovať zdroj uvoľňovania organických polutantov do prostredia a ich prienik do potravinového reťazca. Keďže používame plasty v takom množstve “iba” niekoľko pár dekád, nie sú dnes ešte známe všetky tieto dopady a potenciálne nebezpečenstvá. Bezpochyby je zrejmé, že ohromné množstvo materiálov a látok vchádzajúcich do životného prostredia tu predtým nebolo a príroda sa im evolučne neprispôsobila. Nie sú to iba skládky kde plastový (podobne ako aj iný) odpad je pohromou, ale môžu ho príležitostne skonzumovať tiež živočíchy, zamotať sa do neho, alebo sa ním dusiť.

Nie je novým objavom, že v Tichom oceáne je veľká plávajúca masa plastového odpadu, ktorá pokrýva plochu rovnajúcu sa dvojnásobku veľkosti kontinentálnej časti Spojených štátov amerických.

Environmentálny program OSN v roku 2006 odhadoval, že každá štvorcová míľa oceánu obsahuje 46000 jednotiek plácajúcich plastov. Keďže plasty degradujú v prírodnom prostredí pomaly, väčšinou nie vplyvmi biologických faktorov, akumulujú sa tu a nemožno zabrániť problémom vyplývajúcich z ich prítomnosti. Nové výskumy ukazujú, že tento problém sa vyskytuje vo všetkých svetových moriach a oceánoch. V roku 2010 sa vo svete vyrábalo 265 miliónov ton plastov, z toho 57 miliónov v Európe [Plastics Europe, 2010]. V tom istom roku sa vyrábalo celkovo vo svete 724,500 ton bioplastov, čo je, v porovnaní s miliónmi ton konvenčných plastov, veľmi malý podiel [3]. Predpokladá sa, že ročná výroba biopolymérov o pár rokov dosiahne milión ton.

Ak bola spočiatku trvanlivosť priraďovaná k výhodám plastov, čeliac problémom veľkých množstiev plastového odpadu vyplýva, že v súčasnosti toto už nie je pozitívnou črtou plastov, ale vlastnosťou ktorú treba preklenúť a to pokiaľ možno nie za cenu straty ich iných očakávaných vlastností.

Recyklácia a spaľovanie sú síce alternatívou ku skládkovaniu plastového odpadu, majú však pochopiteľne aj svoje slabé stránky. Recykláciou plastov sa zhoršuje ich kvalita a tiež vysoké môžu byť aj ceny ich zberu. Recyklácia zlepšuje využitie materiálu (keďže ten istý materiál sa využije viackrát), ale nemôže bežať donekonečna, čo znamená, že skôr alebo neskôr máme do činenia s odpadom a vyžaduje sa “konečné” riešenie. Spaľovanie je citlivé energetické využitie materiálu, ak sa využijú ďalšie prídavné technologické prvky, no v prípade že zariadenie nie je technologicky vyspelé, alebo nepracuje v správnom režime (napr. horenie pri príliš nízkych teplotách), môžu sa do ovzdušia dostávať toxické látky.

Biodegradovateľné polyméry sú podľa expertov najlepšou alternatívou pre riešenie vyššie uvedených problémov. Princíp väčšiny nových prístupov spočíva v modelovaní prírodných procesov s cieľom hlbšej integrácie syntetických polymérov a plastov s prírodnými materiálmi a energetickými okruhmi.

Na základe moderného pochopenia korelácií medzi štruktúrou a vlastnosťami polymérov a znalosťami využívania prírodných procesov sa vyvíjajú materiály, ktoré kombinujú očakávané vlastnosti plastov, dovoľujú efektívne spracovanie a využitie výrobkov a súčasne sú aj biodegradovateľné.

4

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

BIODEGRADOVATEĽNÉ) POLYMÉRY A PLASTY Polyméry (Grécky: poly-veľa, meros-častice) sú zlúčeniny s vysokou mólovou hmotnosťou, vytvorené vzájomným spájaním základných stavebných blokov, nazývaných monoméry. V zjednodušení ich možno prirovnať s náhrdelníkom z perál – každá perla reprezentuje jednu monomérnu jednotku; a niekoľko desiatok perál natiahnutých na náhrdelníku reprezentuje polymér. Tiež spinka na papiere môže reprezentovať monomér a polymér predstavuje reťaz vytvorenú z týchto spiniek, keď ich spolu pospájame.

MONOMÉR

M

M

M

M M

POLYMÉR

M

M

M

M

M

Obrázok 1: Jednoduché vysvetlenie vzťahu medzi monomérom a polymérom Je veľa príkladov polymérov, ktoré sú extrémne významné pre náš život: napr. DNA – ktorej monomérna jednotka je nukleotid, proteíny ako sú enzýmy alebo svaly sú zložené z aminokyselín.

Polymér je tiež celulóza – základná zložka dreva a škrob – energetická rezerva rastlín nachádzajúca sa napríklad v zemiakoch a kukurici; jej monomérna jednotka je glukóza.

Plasty predstavujú materiál konštruovaný a vyrábaný pre použitie. Hlavnými zložkami plastov sú polyméry s aditívami ako plnivá (anorganické alebo organické), pigmenty, lubrikanty, inhibítory oxidácie, atď. Existuje veľa typov plastových materiálov. Kľúčový je výber polymérov na ktorých sú založené. PET (polyetyléntereftalát), z ktorého sú vyrábané takmer všetky fľaše na vodu a iné nápoje, je hádam najznámejší; často sa tiež stretávame s polypropylénom (PP), z ktorého sa vyrábajú automobilové časti, kryty na domáce spotrebiče a trubky na teplú vodu; polystyrén (PS), ktorý sa používa ako obalový materiál v kozmetike a farmaceutickom priemysle a na príbory; a tiež polyetylén (PE) - vrecká, hračky, káble, viečka/poháre, ... tieto zmienené typy plastov sú najrozšírenejšie a reprezentujú okolo 75 % zo všetkých vyrábaných plastov. Môžeme vidieť, že všetky názvy zahrňujú predponu poly-, čo hovorí, že polymérny materiál je zložený z monomérnych jednotiek.

MONOMÉR MONOMÉR

POLYMÉR POLYMÉR

MONOMÉR

POLYMÉR

PLAST

POL POLYMÉR

Pozrime sa detailnejšie na chemické reakcie, ktoré sú potrebné pre tvorbu polymérov. Kombinovaním niekoľkých aminokyselín (AMK) sa vytvára proteín (polymér). Je to kondenzácia, reakcia počas ktorej sa odštepuje voda; hydrolýzou proteínu (voda sa viaže) získame aminokyseliny.

-H2O kondenzácia

…+AMK+AMK+AMK+...

PROTEÍN +H20 hydrolýza

Polyetén (polyetylén) tiež vzniká polymerizáciou, konkrétne polymerizáciou s rastom reťazca, kde sa monoméry navzájom spájajú

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

5

1

BIOPLASTY: PÔVOD, TVORBA A ROZKLAD

MONOMÉR: ETÉN

ETÉN

POLYMÉR: POLYETYLÉN

DVOJITÁ VÄZBA SA RAZTRHNE

POLYETYLÉN

Obrázok 2: Polymerizácia eténu – tvorba polyetylénu Pozrime sa ako sa tvorí jeden z najznámejších polyesterov polyetyléntereftalát, ktorý sa označuje skratkou PET. Najprv si objasnime tvorbu esterov.

Estery sú zlúčeniny s esterovou funkčnou skupinou –COO-, ktorá je na oboch stranách viazaná s ľubovoľnou organickou skupinou (R-COO-R1). Estery sa vytvárajú počas esterifikácie. Je to reakcia medzi karboxylovou kyselinou a alkoholom. Reakcia obyčajne prebieha za prítomnosti silnej kyseliny (ako je H2SO4) ako katalyzátora.

KARBOXYLOVÁ KYSELINA

ALKOHOL

ESTER

VODA

Obrázok 3: Tvorba esterov Hydrolýza esterov je reakcia esteru s vodou, pri ktorej dochádza k roztrhnutiu molekuly a vytvára sa karboxylová kyselina a alkohol, čiže jednotky tvoriace polyester (je to analogický proces ako hydrolýza proteínov).

-H2O estrifikácia

Karboxylová kyselina + Alkohol

Ester +H20 hydrolýza

Polyestery sú produkty polykondenzačnej reacie. Sú odvodené od monomérov pričom sa bežne odštepuje voda. Kľúčovou charakteristikou monoméru, z ktorého chceme pripraviť polymér je, že má najmenej dve funkčné skupiny, ktoré môžu tvoriť väzby. Iba takto sa môže vytvoriť polymérny reťazec.

KYSELINA TEREFTALOVÁ

ETYLÉNGLYKOL

POLYETYLÉNTEREFTALÁT

Obrázok 4. Esterifikácia: Tvorba polyetyléntereftalátu - PET

6

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

Živé organizmy si v metabolických procesoch syntetizujú rozličné polyméry, ktoré potrebujú pre vykonávanie rôznych funkcií - nosiče genetickej informácie (DNA), materiál na zabezpečenie tuhosti stien buniek (celulóza), látky pre uschovávanie energie (v niektorých mikroorganizmoch, polyestery) atď. Vedľa prírodných polyméroch je tu však aj množstvo syntetických polymérov, ktoré sa viac alebo menej podobajú prírodným, ale boli vytvorené človekom a v prírode ako také neexistujú. Táto skupina zahrňuje takmer všetky plasty ktoré používame.

Rozdelenie polymérov podľa ich pôvodu je potom nasledovné: 1) PRÍRODNÉ POLYMÉRY 2) UMELÉ/SYNTETICKÉ POLYMÉRY

PRÍRODNÉ POLYMÉRY Väčšina živého sveta je založená na polyméroch. Možno ich nájsť v živočíchoch (polysacharidy, proteíny, tuky, nukleové kyseliny, atď.), rastlinách (napr. celulózu, oleje, škroby, dokonca polyestery) a rovnako aj v nižších organizmoch.

Prírodné polyméry sú produkované v rastových cykloch buniek živých organizmov. Ich syntéza zahrňuje enzýmami katalyzované polymerizačné reakcie aktivovaných monomérov, ktoré sa nachádzajú v bunkách ako produkty komplexných metabolických procesov. Pre materiály tvorené prírodou platí, že môžu byť tiež prírodou degradované.

Všetky prírodné polyméry predstavujú uschovanú energiu a hmotu, ktoré sú pri rozklade (metabolizme) uvoľnené a pripravené pre opätovné využitie. Preto existujú pre prírodné polyméry v prírode enzýmové systémy pre ich degradáciu.

Táto koncepcia tiež zahŕňa konzumáciu potravy, ktorá poväčšine pozostáva z biopolymérov. Pravdaže proces beží v uzavretom systéme: v čase nadbytku organizmus syntetizuje polyméry, v čase nedostatku ich konzumuje. Ako príklad slúži prebytok tuku v našich telách.

Mikroorganizmy (baktérie, huby, riasy) sú neviditeľné, ale vždy prítomné a tiež vždy aktívne pri rozklade prírodných organických materiálov. Mikroorganizmy sa počas evolúcie adaptovali na prírodné polyméry a rovnako tiež na iné (nízko molekulové) prírodné látky a vyvinuli spôsoby pre metabolizmus. Môžu opäť degradovať polyméry na základné stavebné jednotky. Z prírodných polymérov možno uviesť príklady: celulózu, lignín, škrob, chitín, pektín, agar,….

SYNTETICKY VYRÁBANÉ POLYMÉRY Biosyntézou sú polyméry produkované spôsobom identickým ako v prírode. Mnohé mikroorganizmy v prírode syntetizujú látky, napríklad polyester, ktorý slúži pre úschovu energie. V priemyselnej škále to zabezpečuje fermentácia sacharidov (glukózy) za prítomnosti mikroorganizmov, ktorou sa pri optimálnych podmienkach dosiahne účinná tvorba veľkých množstiev polyesteru. Je to prírodný polymér, ktorého biotechnologická produkcia je prísne riadená.

Chemo-syntetické polyméry sú obyčajne odvodené od ropy. Tieto polyméry, ktoré sa nevyskytujú v prírode ako také, ak končia v prírodnom prostredí, sa stávajú trvalo cudzími objektmi a nie sú zahrnuté do prírodného cyklu. Odhaduje sa, že odhodené plastové fľaše zostávajú v prírodnom prostredí 450 rokov. Degradovateľnosť týchto polymérov sa môže dosiahnuť integráciou hydrolyticky nestabilných väzieb do polyméru (napr. esterové-, amidické skupiny, ...).

Podľa zdroja, bioplasty sa delia na: 1. bioplasty z obnoviteľných zdrojov, 2. bioplasty z fosílnych zdrojov a 3. bioplasty zo zmiešaných obnoviteľných a fosílnych zdrojov, a podľa schopnosti degradácie na biodegradovateľné plasty, vrátane tiež kompostovateľných plastov a na plasty ktoré NIE sú biodegradovateľné. Kombináciou týchto dvoch kritérií, zdroja materiálu a degradovateľnosti, máme 6 možností, ktoré sú uvedené na nasledujúcom obrázku.

ZDROJE

DEGRADOVATEĽNOSŤ

BIODEGRADOVATEĽNÉ FOSÍLNE NEBIODEGRADOVATEĽNÉ

Pri uvažovaní definície bioplatov, rýchlo zistíme, že v schéme niečo nesedí.

Zo šiestych možných typov plastov je iba jeden čo nepatrí k bioplastom. Je to plast ktorý je vyrobený z fosílnych zdrojov a je nebiodegradovateľný. Hoci tento typ plastu je iba jeden zo šiestych možných kombinácií, z hľadiska využitia a distribúcie na trhu ďaleko prevláda nad bioplastami.

BIODEGRADOVATEĽNÉ BIOPLASTY

FOSÍLNE + OBNOVITEĽNÉ NEBIODEGRADOVATEĽNÉ

BIODEGRADOVATEĽNÉ OBNOVITEĽNÉ NEBIODEGRADOVATEĽNÉ

Obrázok 5: Rozdelenie bioplastov podľa zdroja a schopnosti biodegradácie

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

7

1

BIOPLASTY: PÔVOD, TVORBA A ROZKLAD

Dnes prijímaná a najčastejšie používaná definícia za bioplasty označuje biodegradovateľné plasty a/alebo plasty z obnoviteľných zdrojov [3]. Táto definícia sa používa v priemysle a indikuje, že bioplasty nemusia byť aj biodegradovateľné. Podľa tejto definície bioplasty zahrňujú plasty čo nie sú biodegradovateľné, ale sú vyrábané z prírodných zdrojov.

Pre lepšie ozrejmenie sú tu nasledovné schémy.

BIODEGRADOVA TEĽNÉ PLASTY

PLASTY Z OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV

BIOPLASTY Obrázok 6: Definícia bioplastov podľa European Bioplastics

Obnoviteľné zdroje

BIODEGRADOVATEĽNÉ plasty z OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV

BIOPOLYMÉRY napr. biopolyetylén PE

BIOPOLYMÉRY napr. plasty založené na polylaktide/ škrobe/polyhydroxyalkanoátoch

NEBIODEGRADOVATEĽNÉ

BIODEGRADOVATEĽNÉ KONVENČNÉ POLYMÉRY napr. PET, PE, PS, PP …

BIOPOLYMÉRY napr. PCL (polykaprolaktón) PBAT (polyetylénadipát-ko-tereftalát)

BIODEGRADOVATEĽNÉ

NEOBNOVITEĽNÉ (FOSÍLNE) ZDROJE

Obrázok 7: “Súradnicový systém” pre plasty Pri sledovaní cieľov udržateľného rozvoja a obmedzenia environmentálnych dopadov, biodegradovateľné plasty z obnoviteľných zdrojov logicky znamenajú najlepšiu alternatívu, no musí sa urobiť všetko čo je v našich silách preto, aby sme optimalizovali používanie nebiodegradovateľných plastov z neobnoviteľných zdrojov.

V tomto bode vysvetlíme koncepciu (ne)obnoviteľných zdrojov. Medzi obnoviteľnými zdrojmi sú také, ktoré majú prírodný pôvod, ale ich množstvo neklesá , lebo ich ľudia nevyužívajú a rýchlo sa obnovujú prírodnými procesmi. Tieto zahrňujú veternú, solárnu, geotermálnu a prílivovú energiu, biomasu, ... Dokonca aj fosílne palivá sú v podstate prírodné zdroje – tvorené mŕtvymi organizmami. Problém je v tom, že fosílne zdroje sa vytvárali pred miliónmi rokov, no ľudia ich začali spotrebovávať na úrovni storočí. Z perspektívy života človeka sú preto ropa a zemný plyn neobnoviteľnými zdrojmi; no nemôžeme to tvrdiť, ak sa pozeráme cez prizmu geologického

8

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

veku Zeme. V dôsledku rýchlosti ťažby fosílnych palív sa dostávane do rozporu v časovej osi, lebo uhlík, ktorý sa vytváral milióny rokov, sa uvoľňuje stupňujúcim sa spôsobom (počas dekád a storočí) do cyklu a nie je dlhú dobu opätovne viazaný. Preto nie je možné aby sa počas ľudského života vytvorilo toľko fosílnych zdrojov koľko sa spotrebuje. My, ako ľudstvo, sme zahrnutí v prírodnom cykle, ale nedodržujeme jeho prírodné vlastnosti. Pri našej veľkej závislosti na fosílnych palivách berieme zo Zeme rezervy, ale ich nenahrádzame. Tak zabraňujeme budúcim generáciám aby mali tie isté možnosti tieto zdroje využívať rovnakým spôsobom. Preto berieme fosílne palivá ako neobnoviteľné zdroje. Nikto presne nevie koľko rokov sa budeme môcť spoliehať na fosílne palivá, pričom sa mnohí experti zhodujú, že sa v určitom bode vyčerpajú, t. j. ľudstvo bude kompletne využívať prírodné zdroje. Navyše ku skutočnosti, že nemôžeme donekonečna čerpať fosílne palivá, ich spaľovanie emituje veľké množstvá oxidu uhličitého do prírodného prostredia. Je to jeden z hlavných skleníkových plynov, ktoré sú zodpovedné za otepľovanie zemskej atmosféry a spojené klimatické zmeny.

Vhodnosť používania bioplastov je zjednodušene ukázaná na tejto schéme:

BIOMASA

CO2 NEBIODEGRADOVATEĽNÉ - STOROČIA

PLASTOVÉ VÝROBKY

V KO

O ĽK

RO

O EK

NI

MILIÓNY ROKOV

BIODEGRADOVATEĽNÉ - NIEKOĽKO DEKÁD

NIEKOĽKO DEKÁD

NIEKOĽKO ROKOV

FOSÍLNE ZDROJE

Obrázok 8: Racionálne využívanie bioplastov Odstránením používania fosílnych palív iba uzatvárame kruh: BIOMASA-PLASTOVÉ PRODUKTY-CO2; a zostávame v časových škálach ktoré sú skutočne naše.

BIOLOGICKÝ ROZKLAD Biodegradovateľnosť je špecifickou črtou niektorých plastových materiálov alebo polymérov z ktorých sú zložené; biologická degradácia, alebo skrátene biodegradácia, znamená proces degradácie polymérneho materiálu účinkom biotických (živých) faktorov. Proces biodegradácie je založený na skutočnosti, že organizmy, hlavne mikroorganizmy (baktérie, huby a riasy) identifikujú polymér ako zdroj organických stavebných blokov (napr. jednoduchých sacharidov, aminokyselín, a pod.) a zdroj energie ktorú potrebujú pre svoj život. Jednoducho povedané, biodegradovateľné polyméry sú potravou pre mikroorganismy. Polymér chemicky reaguje a vplyvom celulárnych alebo extracelulárnych enzýmov dochádza k roztrhaniu polymérneho reťazca. Proces môže prebiehať vplyvom rôznych enzýmov a postupne vedie k menším molekulám. Tieto vstupujú do metabolických procesov, ktoré prebiehajú v bunkách (napr. Krebsov cyklus) a súčasne s vydaním energie sa premieňajú na vodu, oxid uhličitý, biomasu a iné základné produkty biologického rozkladu. Charakteristické pre tieto produkty je, že nie sú toxické a sú bežne prítomné v životnom prostredí ako aj v živých organizmoch. Umelý materiál (napr. plast) je týmto spôsobom prevedený (konvertovaný) na prvky, ktoré sú bežne prítomné v prírode. Proces konverzie organického uhlíka (v našom prípade polyméru), na anorganický uhlík – napr. oxid uhličitý, sa nazýva mineralizácia.

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

9

1

BIOPLASTY: PÔVOD, TVORBA A ROZKLAD

BIODEGRADOVATEĽNOSŤ Napriek skutočnosti, že chceme vyrábať biodegradovateľné plasty ako je len možné z obnoviteľných zdrojov, schopnosť polymérov alebo plastov degradovať výlučne závisí od štruktúry polyméru.

Pre biodegradovateľnosť nezáleží či polymér je vyrobený z obnoviteľných zdrojov (biomasa), alebo z neobnoviteľných (fosílne palivá) zdrojov, ale iba od jeho konečnej štruktúry. Biodegradovateľné polyméry môžu byť preto založené na obnoviteľných alebo neobnoviteľných zdrojoch. Často sa mylne predpokladá, že biodegradovateľné polyméry sú vyrábané z obnoviteľných zdrojov.

SPÔSOBY VÝROBY A TYPY BIOPLASTOV Spôsob výroby ako taký, taktiež neovplyvňuje biodegradovateľnosť. Procesy môžu byť syntetické (chemické) alebo biotechnologické (za pôsobenia enzýmov alebo mikroorganizmov), pričom najbežnejšie sú: príprava plastov na báze prírodných polymérov, ktoré sú mechanicky alebo chemicky modifikované (napríklad, plasty na báze deštruovaného škrobu); chemická syntéza monoméru na polymér, získaného biotechnologickou konverziou z obnoviteľných zdrojov (napr. použitie kyseliny mliečnej z fermentácie cukrov pre výrobu kyseliny polymliečnej (polylactid, PLA)). V tomto prípade je polymér vyrábaný chemicky na báze obnoviteľných zdrojov; polymér získavaný biotechnologickým spôsobom na báze obnoviteľných zdrojov (napríklad, fermentáciou cukrov, pričom prírodné mikroorganizmy si vo vnútri syntetizujú termoplastický alifatický polyester, napr. polyhydroxybutyrát); chemická syntéza polyméru z monomérov získaných petrochemickými procesmi z neobnoviteľných zdrojov.

V súčasnosti sú komerčné biodegradovateľné plasty na otvorenom trhu ponúkané rastúcemu počtu výrobcov. Hoci je dostupných veľa rozličných druhov materiálov, obyčajne spadajú do týchto skupín: plasty založené na škrobe; plasty založené na kyseline polymliečnej (polylaktid, kyselina polymliečna, PLA); plasty založené na polyhydroxyalkanoátoch (PHA: PHB, PHBV, atď..) plasty založené na alifaticko-aromatických polyesteroch; plasty založené na celulóze (celofán, atď..) plasty založené na ligníne.

Plasty, navyše od polymérov, obsahujú iné materiálové zložky alebo aditíva, ktoré spolu určujú možnosť spracovania a konečné vlastnosti výrobku. Môžu to byť aditíva na stabilizáciu materiálov, lubrikanty, pigmenty (farebné zložky), rôzne plnivá a pod. Hoci tieto aditíva reprezentujú malé percento celkového materiálu v plaste, pre biodegradovateľné plasty je mimoriadne dôležité, aby všetky pridané zložky boli biodegradovateľné. Podľa noriem pre kompostovateľné plasty je potrebné testovať každú pridávanú aditívnu zložku, ako aj látky prítomné v konečnom výrobku (napr. tlačiarenská farba). Pre zložky, ktorých podiel je menej ako 1 %, to či je kompostovateľná nie je podstatné, ale takéto zložky nesmú presiahnuť množstvo viac ako 5 %. Materiály nemôžu presiahnuť povolené úrovne obsahu ťažkých kovov a tiež nemôžu nepriaznivo ovplyvňovať kvalitu kompostu.

BIOKOMPOZITY Dostupné sú tiež rozličné kompozity obsahujúce prírodné zložky (často nazývané biokompozitmi).

Kompozit je zmes základného polyméru alebo plastu a plnív, ktoré zlepšujú chemické alebo mechanické vlastnosti materiálu, alebo ho robia lacnejším. V biokompozitoch sa najbežnejšie nachádzajú rôzne prírodné vlákna (napr. konope) alebo plnivá ako drevná múčka. Nemodifikované prírodné plnivá sú podľa definície biodegardovateľné a taký musí byť aj základný polymér (napr. polylaktid plnený prírodnými vláknami), aby sa mohlo povedať, že biokompozit je biodegradovateľný. Je nesprávne sa domnievať, že nebiodegradovateľný materiál, keďže obsahuje prírodné plnivo (napr. škrob alebo drevnú múčku), sa stane biodegradovateľný. Anorganické plnivá sú pravdaže nebiodegradovateľné a preto nemožno na ne aplikovať podmienky biodegradovateľnosti.

10

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

BIODEGRADÁCIA Čo sa stane ak biodegradovateľný výrobky nie je ďalej potrebný a je umiestnený medzi biologický odpad?

Biodegradovateľné polyméry sú potravou pre mikroorganizmy. Biologická degradácia tak prebieha za pôsobenia rôznych mikroorganizmov, ktoré prostredníctvom enzýmov môžu rozkladať polyméry. Počas metabolických procesov sú biodegradovateľné polyméry za aeróbnych podmienok v konečnom stave premenené na vodu, oxid uhličitý a biomasu; za anaeróbnych podmienok na metán, vodu a biomasu. Charakteristické pre tieto konečné produkty degradácie je, že sú netoxické, bežne sa nachádzajúce v prírode a rovnako aj v živých organizmoch.

MIKROORGANIZMY BIODEGRADOVATEĽNÝ POLYMÉR

CO2

+

H2O

+

BIOMASA

ENZÝMY

V procese degradácie nastáva najskôr fragmentácia počas ktorej je materiál pod vplyvom tak živých, ako aj neživých faktorov mechanicky dezintegrovaný, pričom produkty dezintegrácie sa v ďalšej fáze účinkom mikroorganizmov mineralizujú. Aby sme mohli hovoriť o biodegradácii musí nasledovať druhá fáza, čo je podstatný krok, keďže iba tu prebieha metabolizmus čiastočne degradovaných fragmentov polyméru na konečné produkty.

FRAGMENTÁCIA + MINERALIZÁCIA = BIODEGRADÁCIA V dôsledku kombinácie mnohých rôznych štruktúr polymérov, veľkého množstva enzýmov produkovaných mikroorganizmami a rozličných reakčných podmienok, proces biodegradácie nemožno jednoznačne popísať. V základe možno reakcie rozdeliť na tie, kde prebieha oxidácia (oxidácia je chemická reakcia – horenie a tiež korózia sú procesy oxidácie; látka, ktorá sa oxiduje, emituje elektróny; v tomto procese sa môže napríklad zlúčiť s kyslíkom alebo uvoľniť vodík) a na tie kde prebieha hydrolýza (chemická reakcia pri ktorej zlúčenina reaguje s molekulami vody a je rozložená na malé časti). Reakcie môžu bežať simultánne alebo postupne.

Na makroskopickej úrovni sa rozklad prejavuje zmenou a zhoršením základných vlastností materiálu.

Tieto zmeny sú predovšetkým dôsledkom krátenia polymérnych reťazcov, ktoré definujú charakteristiky polyméru alebo plastu. Krátenie polymérnych reťazcov sa navonok prejavuje stratou mechanických vlastností ako je pevnosť v ťahu, tenacita a pevnosť v ohybe. Užívatelia rozklad pozorujú stratou mechanických vlastností, znížením pevnosti pri zaťažení a rýchlou alebo jednoduchou dezintegráciou materiálu. Tento proces môže bežať vplyvom abiotických (napr. ultrafialové žiarenie, teplota, voda) a tiež biotických činiteľov (enzymatické procesy).

Monitorovanie konečného kroku biodegradácie je založené na určení stupňa mineralizácie. Keďže v procese aeróbneho matabolizmu sa organický uhlík premieňa na oxid uhličitý, najbežnejšia metóda sledovania tejto fázy je meranie množstva oxidu uhličitého produkovaného v uzavretom systéme. Pri presnom meraní je treba zabezpečiť v uzavretom systéme živú kultúru mikroorganizmov a vhodné podmienky (vlhkosť, teplota, pH, absencia toxických látok) pre ich existenciu. Pri meraní sa vychádza zo známeho množstva pridaného polyméru, ktorého zloženie poznáme – zistí sa podiel alebo množstvo uhlíka, ktorý obsahuje a potom pomocou meraní sa zaznamená aké množstvo uhlíka bolo v procese biodegradácie premenené na oxid uhličitý. V základe je to rovnaký proces ako keď osoba konzumuje potravu, z ktorej získa energiu a vylučuje oxid uhličitý. Keďže táto metóda je všeobecne akceptovaná pre určenie biodegradovateľnosti, sú dnes dostupné automatické prístroje (respirometre), ktoré pomáhajú určiť konečnú aeróbnu biodegradovateľnosť a rozklad polymérnych materiálov za kontrolovaných podmienok kompostovania s väčšou presnosťou.

Existuje množstvo mikroorganizmov ktoré sú schopné biologicky degradovať polyméry. Sú medzi nimi aj veľké rozdiely, pretože sú aktívne pri rôznych podmienkach (vlhkosť, pH, teplota) a sú viac alebo menej špecializované pre degradáciu v rôznych substrátoch (látka, ktorú budú mikroorganizmy degradovať prostredníctvom účinku enzýmov alebo zmesi enzýmov - „ potrava“ pre mikroorganizmy). To je tiež spojené s druhom použitých enzýmových systémov, lebo to určuje či sú schopné rozkladu. Jedným z príkladov tohoto typu špecializácie je biela hniloba, ktorá v prírode, okrem iného, rozkladá lignín tak, že používa oxidázy – enzýmy ktoré katalyzujú oxidáciu.

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

11

1

BIOPLASTY: PÔVOD, TVORBA A ROZKLAD

Pri testovaní sa spravidla používajú mikroorganizmy nájdené v prírode alebo na určitých miestach kde je mikrobiálna aktivita zvýšená (napr. kompost, kanalizačné systémy, čističky odpadových vôd), alebo na miestach kde sa vyskytuje materiál, ktorý chceme rozložiť (napr. výroba). Je to preto, lebo sa očakáva, že na týchto miestach sa nachádzajú mikroorganizmy ktoré sú adaptované na nový substrát a prešli už prírodným výberom. Práca so starostlivo vybranými mikroorganizmami je limitovaná len na laboratórny výskum, preto pre praktické aplikácie (napr. kompostovanie) sa vyžaduje aktivita prírodných a stabilných skupín.

DOBA TRVANIA BIODEGRADÁCIE A RIZIKO VSTUPU PLASTOV DO PRÍRODY Ak je hlavnou výhodou biodegradovateľných plastov menšia stálosť v prostredí, je logické, že sa vyskytne hneď otázka: ako dlho trvá biodegradácia? Je možné predpokladať, že každý organický materiál pri kombinovanom účinku prostredia a mikroorganizmov sa bude rozkladať určitý čas, či mechanicky alebo chemicky. Ak uvažujeme potenciálne rozšírenie degradačných produktov v prostredí a upotrebiteľnosť plastových výrobkov, ktoré si musia udržať vlastnosti ako ťažnosť, odolnosť voči vode a pod. – je dôležité tiež poznať za aký čas sa rozložia a mineralizujú. Poznanie rýchlosti biodegradácie tiež ovplyvňuje spôsob ako sa s materiálom nakladá kým sa stane odpadom.

Správny manažment odpadu z biodegradovateľných plastov je určený aeróbnou a anaeróbnou degradáciou. V procese aeróbnej degradácie (za prítomnosti vzduchu) je organická látka - pomocou aeróbnych mikroorganizmov – premenená na CO2, vodu a bunkovú biomasu (kompost); v procese anaeróbnej degradácie (bez prístupu vzduchu) je organická látka – pomocou anaeróbnych mikroorganizmov – premenená na CH4 a CO2 (bioplyn), stopy H2 a H2S a bunkovú biomasu.

Rýchlosť biodegradácie je preto pre plasty vhodné pre kompostovanie (kompostovateľné plasty) veľmi dôležitá. Treba zdôrazniť, že pre kompostovanie v domácich hromadách sú vhodné iba niektoré biodegradovateľné plasty (spolu s potravinovým odpadom a iným domácim odpadom organického pôvodu). Takéto plasty sa špeciálne označujú certifikačným logom, ktoré bez spochybnenia indikuje, že výrobok je vhodný pre domáce kompostovanie, ktoré beží pri oveľa nižších teplotách ako pri priemyselnom kompostovaní.

V procese priemyselného kompostovania sa rozkladá väčšina biodegradovateľných plastov.

Kompostovateľné plasty nevnášajú do kompostu toxické látky.

Priemyselné kompostovanie je proces pri ktorom prebieha rozklad biodegradovateľného odpadu na stabilné, nezávadné produkty, ktoré sa ďalej používajú v pôdohospodárstve [3]. Priemyselné kompostovanie sa uskutočňuje pri vyšších teplotách v porovnaním s domácim kompostovaním; teplota kompostovacej haldy by mala byť vyššia ako 60 °C najmenej jeden týždeň, aby sa odstránili patogény [3]. V súhlase s normou EN 13432, musí byť mineralizovaných 90 % materiálu/výrobkov za menej ako 6 mesiacov. Kompostovateľné plasty počas priemyselného kompostovania fragmentujú a mineralizujú; použitie kompostu v pôdohospodárstve potom nevedie k rozšíreniu čiastočiek plastu do prostredia.

Dôležité je, aby čas potrebný pre degradáciu bioplastov bol v zhode s cyklom kompostovania.

Biodegradovateľné plasty by preto v procese priemyselného kompostovania mali byť mineralizované maximálne za 180 dní, zakiaľ konvenčné plasty ako odpad zaťažujúci životné prostredie sa nerozpadnú počas storočí.

Je dobré si uvedomiť, že biodegradovateľnosť sa vzťahuje na degradáciu materiálu vplyvom účinku mikroorganizmov; podmienky pre rozklad a ako dlho bude rozpad trvať nie sú definované. Z praktického hľadiska je vhodnejšie slovo “kompostovateľnosť”, ktorá hovorí o biodegradpovateľnosti za špecifických podmienok a v ohraničenom časovom rozmedzí.

Všetky kompostovateľné plasty sú preto biodegradovateľné; ale nie všetky biodegradovateľné plasty sú tiež kompostovateľné, pretože biodegradácia môže trvať dlhšie ako cyklus kompostovania (nespĺňa normu požadovanú pre kompostovateľnosť). Kompostovateľné plasty sú preto podskupina biodegradovateľných plastov.

Obrázok 9: Certifikačné označenieprideľované organizáciou Vincotte pre plasty vhodné pre domáce kompostovanie.

(Podľa: www.aib-vincotte.com)

12

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

KOMPOSTOVATEĽNÉ PLASTY

BIODEGRADOVATEĽNÉ PLASTY

KĽÚČOVÉ ODKAZY V dôsledku obrovského množstva plastických polymérov, ktoré konzumenti vyhodia, vynorili sa potreby alternatív k syntetickým umelým plastom. Jednou z alternatív sú bioplasty.

Biodegradácia je špecifickou vlastnosťou určitých materiálov z plastov. Naznačuje, že proces degradácie polymérneho materiálu je dôsledkom vplyvu biotických (živých) faktorov.

Z pohľadu pôvodu možno polyméry rozdeliť na prírodné a syntetické (umelé).

Plasty môžu byť biodegradovateľné alebo nebiodegradovateľné.

Zdroj materiálov z plastov môže byť obnoviteľný alebo neobnoviteľný.

Bioplasty sú biodegradovateľné plasty a/alebo plasty z obnoviteľných zdrojov [3] Chemická štruktúra polyméru určuje jeho náchylnosť alebo odolnosť k biodegradácii.

Procesy pri výrobe plastov môžu byť syntetické (chemické) alebo biotechnologické (za účinku enzýmov alebo mikroorganizmov).

Biodegradovateľné plasty sa rozkladajú za kombinovaného vplyvu abiotických (napr. UV svetlo, voda, teplo) a biotických (baktérie, huby, riasy) faktorov. V prvom kroku materiál stráca fyzikálnu pevnosť a fyzikálne degraduje – fragmentuje a v druhom kroku organizmy metabolizujú vzniknuté častice a nastáva mineralizácia (proces premeny organickej hmoty na anorganické formy). Konečné produkty biodegradácie sú biomasa, CO2 a voda.

Výrobok je kompostovateľný ak sú kompostovateľné všetky jeho zložky.

Fragmentácia + Mineralizácia = Biodegradácia Biodegradovateľné polyméry sú potravou pre mikroorganizmy.

Kompostovateľné plasty sú vždy biodegradovateľné. Biodegradovateľné plasty nie sú vždy kompostovateľné.

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

13

PLASTY Z OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV 14

2

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

Ako už bolo spomenuté, bioplasty sú plasty ktoré sú biodegradovateľné a/alebo vyrobené z biomasy. Kombinácia biodegradovateľnosti s použitím obnoviteľných zdrojov na výrobu biodegradovateľných plastov prináša revolučnú možnosť, aby úplný životný cyklus plastov bol v súlade s prírodnou cirkuláciou materiálov: plast pochádza z prírodného obnoviteľného zdroja, ku ktorému sa tiež vráti. Toto sa nedá dosiahnuť s nijakým iným plastom a je to v súčasnosti najlepšia aproximácia k chovaniu prírodného materiálu, napr. listu, ktorý v jeseni padá zo stromu a na budúcu jar je už základom, z ktorého rastie nový výhonok.

Najlepšími príkladmi plastov z obnoviteľných zdrojov sú: plasty z celulózy, polylaktidy, plasty na báze škrobu a plasty zo sóje. Pozornosť si tiež zasluhujú polyméry syntetizované mikroorganizmami - polyhydroxyalkanoáty (PHA). Bioplasty z obnoviteľných zdrojov reprezentujú novú generáciu plastov, ktorá znižuje dopad na životné prostredie, či hovoríme o spotrebe energie alebo o množstve emisií skleníkových plynov. Prírodné polyméry (biopolyméry) sú podstatné zložky živých organizmov. Najbežnejšie prírodné polyméry sú polysacharidy (celulóza, škrob, glykogén) a proteíny (glutén, kolagén, enzýmy), medzi inými formami prírodných polymérov sú lignín, polyester, atď…

Používanie polymérov z obnoviteľných zdrojov môže znížiť závislosť na fosílnych palivách. Pre rozšírenie ich používania je limitujúcim faktorom ich vyššia cena. Vývoj plastov z obnoviteľných zdrojov je v súčasnosti na vrchole, ale pre celkové úspešné ich uplatnenie na veľkých trhoch existujú niektoré obmedzenia v používaní a spracovaní, ktoré bude treba prekonať; rovnakým problémom je tiež zavedenie plastov z obnoviteľných zdrojov do priemyselnej produkcie.

Otázkou tiež je, či je možné v súčasnosti na priemyselnej škále vyrábať všetky známe polyméry z obnoviteľných zdrojov.

V ZÁKLADE SÚ POLYMÉRY ZALOŽENÉ NA OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOCH DELENÉ DO TROCH KATEGÓRIÍ: 1. Polyméry priamo extrahované/odstránené z biomasy: polysacharidy, napríklad škrob a celulóza; proteíny, napríklad kazeín a glutén.

2. Polyméry vyrábané klasickou chemickou syntézou využívajúce monoméry z obnoviteľných zdrojov. Dobrým príkladom pre túto kategóriu je polylaktid, bio-polyester tvorený polymerizáciou diméru (z dvoch monomérov) kyseliny mliečnej.

3. Polyméry získané za pomoci mikroorganizmov alebo geneticky modifikovaných baktérií.

Hlavní predstavitelia tejto skupiny sú polyhydroxyalkanoáty (PHA), no výskum v oblasti bakteriálnej syntézy sa rýchlo rozvíja.

Plasty z obnoviteľných zdrojov nemusia byť vždy biodegradovateľné (napr. polyetylén z cukrovej trstiny).

História plastov z obnoviteľných zdrojov je oveľa dlhšia ako plastov z fosílnych zdrojov.

Prvý umelý termoplast - celuloid bol objavený v druhej polovici 19. storočia. Odvtedy bolo objavených veľa zlúčenín z obnoviteľných zdrojov, ale mnohé z nich zostali komerčne nevyužité pre nízke ceny syntetických polymérov získaných prostredníctvom petrochemického priemyslu.

K znovu zrodeniu bioplastov prišlo v posledných pár dekádach. Na báze obnoviteľných zdrojov bolo vyvinutých veľa polymérov. Najbežnejšie používané polyméry sú škrob a PLA, ktoré boli v roku 2003 jedinými priemyselne vyrábanými polymérmi z obnoviteľných zdrojov. V súčasnosti dochádza k pomalému rozvoju výroby bio-polyetylénu (z etylénu) a epoxydových živíc z obnoviteľných zdrojov (z epichlórhydrínu).

Ideálne by mal byť plast na 100 % odvodený z obnoviteľných zdrojov. Jedným z príkladov je biopolyetylén (Bio-PE) pri ktorom je petrochemický plast nahradený chemicky identickým plastom z obnoviteľných zdrojov.

OBNOVITEĽNÉ ZDROJE VHODNÉ PRE VÝROBU PLASTOV Pre výrobu plastov z obnoviteľných zdrojov je vhodný hocijaký obnoviteľný polymér, ktorý môže byť chemicky alebo biochemicky transformovaný na polymér a potom premenený na plast.

Pritom je možnosť, že z obnoviteľných zdrojov je iba jedna časť (napr. jeden monomér ktorý tvorí kopolymér) alebo iba jedna zo zložiek vytvárajúcich plast. Takto dostávame materiál, ktorý je iba čiastočne z obnoviteľných zdrojov. Aj čiastočná substitúcia fosílnych zdrojov obnoviteľnými zdrojmi (spolu s účinným využitím!) je užitočná a prispieva k uchovaniu fosílnych zdrojov a navyše redukuje uhlíkovú stopu (pretože obnoviteľná časť materiálu je neutrálna alebo skoro neutrálna vzhľadom na emisie skleníkových plynov).

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

15

2

PLASTY Z OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV

Z uvedených stratégií pre výrobu plastov z obnoviteľných zdrojov je najbežnejšie využívaný prístup, pri ktorom je biopolymér (prírodný polymér) pretváraný na plast. Najznámejším príkladom je použitie škrobu alebo celulózy. V prípade ak takýto polymér slúži aj ako potravina, prichádzame k etickej diléme: je vhodné používať potravu pre výrobu materiálov? Do tejto kategórie používaných polymérov patrí aj používanie sacharidov a iných prírodných látok, ktoré sú fermentované a tak premieňané na biopolyméry (napr. PHA), alebo užitočné monoméry (napríklad, kyselina mliečna pre PLA). Za danej situácie, pokiaľ produkcia materiálov z obnoviteľných zdrojov je relatívne nízka, takéto využitie nie je kritické, ale ak predpovede budúceho rastu výroby plastov (a iných materiálov) z obnoviteľných zdrojov sa stanú skutočnosťou – dnešný prístup nebude akceptovateľný.

Obnoviteľné zdroje dnes využívané sa nazývajú technológie prvej generácie, ale v budúcnosti sa budú stále viac využívať technológie druhej generácie - „odpadné obnoviteľné zdroje‘‘ a technológie tretej generácie, ktoré budú založené na nových priemyselných cielených technológiách, ktoré sa nebudú dotýkať potravinových zdrojov alebo klasického odpadu. Tretia generácia obnoviteľných energetických zdrojov si v podstate vyžaduje zavádzanie niektorých špecificky triedených adaptovaných organizmov (genetické inžinierstvo), čo vyvolá ďalšie otázky.

+

Súčasná situácia nie alarmujúca kvôli biomase. Tá je vcelku relatívne slabo využívaná a je tu dosť priestoru pre jej lepšie využitie bez toho, aby spôsobovala záťaž poľnohospodárstvu alebo konzumácii a aby bola mimo základných materiálov pre potraviny. Zvlášť veľký potenciál predstavujú „odpadné obnoviteľné zdroje‘‘. Pomocou nich možno často kombinovať bezpečné zaobchádzanie/používanie relatívne záťažového odpadu s výrobou technologicky užitočných materiálov. Jedným z takých príkladov je využitie srvátky z produkcie syrov na výrobu biopolymérov alebo bioplastov. Zo srvátky môžeme využiť proteíny a cukry (na fermentáciu napr. PHA). Podobným príkladom, ktorý sa rozvíja, je využitie odpadu zo živočíšnej výroby (kostná múčka, odpad z bitúnkov a spracovania mäsa). Množstvá takéhoto odpadu sú značné a v súčasnosti predstavujú problémy a náklady na ich likvidáciu. V budúcnosti možno preto očakávať, že výroba materiálov z obnoviteľných zdrojov bude ešte viac integrovaná do vyvíjajúcich sa nových procesov využívania obnoviteľných zdrojov. Takto sa dosiahne vyššia účinnosť a nižšie environmentálne záťaže.

VÝHODY PLASTOV Z OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV Plasty z obnoviteľných zdrojov majú niekoľko významných výhod. Znižujú spotrebu fosílnych palív a uhlíkovú stopu (nižšie emisie CO2). Ak sú biodegradovateľné, ešte ďalej znižujú množstvo odpadu, ktorý by musel byť likvidovaný na skládkach alebo spaľovaný, čím znižujú zaťaženie životného prostredia. Sú cenovo konkurencie schopné a majú tú istú škálu charakteristík a aplikácií ako tie, ktoré sú odvodené z plastov.

URČENIE PODIELU OBNOVITEĽNÝCH PLASTOV V súčasnosti nie je zákon, ktorý by výrobcom prikazoval preukazovať obsahy obnoviteľných zdrojov vo výrobkoch. Podiel obnoviteľných zdrojov v materiáloch z plastov sa môže meniť od 1 do 100 %. Je určované izotopickou analýzou uhlíka, ktorou sa určuje podiel prítomného izotopu uhlíka 14C meraním jeho aktivity.

Oba typy materiálov založené na fosílnych palivách a obnoviteľných zdrojoch sa poväčšine skladajú z uhlíka, ktorý je v prostredí prítomný v troch formách (izotopoch): 12C, 13C a 14C. Izotop 14C je nestabilný, pomaly sa rozkladá a je prirodzene prítomný vo všetkých živých organizmoch. Aktivita 14C je veľmi stabilná, keďže súvisí s koncentráciou izotopu v prírode, ktorá je konštantná. Keď organizmus odumrie, neadsorbuje ďalej uhlík 14C z prostredia a iba sa rozkladá. Koncentrácia 14C sa znižuje na polovinu každých 5700 rokov. Toto neovplyvňuje životný cyklus človeka; ale za 50 000 rokov obsah 14C klesne na úroveň, kedy ho nie je možné detegovať. To znamená, že koncentrácia 14C vo fosílnych palivách je zanedbateľná.

Aktivita 14C 100 % Aktivita 14C 30 % Aktivita 14C 0 %

100 % C z obnoviteľných zdrojov 30 % C z obnoviteľných zdrojov všetok C z fosílnych zdrojov

ŠKROB Potraviny obsahujúce škrob sú obyčajne významnou zložkou stravy. Preto neprekvapuje, že v počiatkoch histórie sa vyvinuli iné aplikácie týchto materiálov, ktoré sa dnes vo veľkom využívajú. Medzi inými je známe používanie škrobu ako krycej vrstvy pre papyrus 4000 rokov pred n.l.

16

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

Škrob je rezervný polysacharid rastlín; produkuje ho väčšina vyšších rastlín ako formu úschovy energie. Uchovávajú ho v bunkách vo forme sférických granúl, nazývaných škrobové granule.

Glykozidická väzba viaže monomérne glukózové jednotky vytvárajúc amylózu a amylopektín, dve rôzne molekuly škrobu. V škrobových zrnách je viac amylopektínu (medzi 70 a 90 %) ako amylózy (10 and 30 %). Amylóza nie je vetvená, na rozdiel od amylopektínu, ktorý je vetvený na každom 12-30 glukózovom zvyšku. Prítomnosť škrobu sa dokazuje roztokom jódu; jód sa navzájom viaže do helixu a spôsobuje modré zafarbenie. Komerčne najbežnejší je škrob z kukurice (79 %), zemiakov (9 %), pšenice (7 %), ryže a jačmeňa. Tieto rastliny obsahujú veľké množstvá škrobu, obyčajne medzi 60 a 90 % sušiny. Škrob v procese kompostovania rýchlo biodegraduje v rôznych prostrediach. Keďže tuhosť škrobu a jeho odolnosť voči vode sú horšie ako pri väčšine z ropy odvodených polymérov, k dispozícii je veľa spôsobov ako toto prekonať. Lepšie vlastnosti sa dosahujú ak je škrob zmiešavaný s polymérmi odolnými voči vode alebo ak je chemicky modifikovaný.

Hlavnou zložkou plastov zo škrobu je škrob, ktorého štruktúra je slabo modifikovaná (deštruktúrovaný škrob). Škrob možno deštruktúrovať energiou a teplom, čím dochádza k úplnému rozpadu kryštalickej štruktúry. Iba deštruktúrovaný škrob má termoplastické chovanie (termoplasty sú lineárne a/alebo slabo vetvené polyméry, schopné (násobného) mäknutia a transformácie pri zvýšených teplotách) a môže byť spracovávaný ako tradičný plast; ak sa použije jeho prírodná forma je veľmi citlivý na vlhkosť.

Polyméry na báze termoplastického škrobu reprezentujú jednu z tried biodegradovateľných materiálov ktoré majú najlepší krátkodobý potenciál a možno z nich vyvinúť plne biodegradovateľné materiály pre špecifické podmienky využitia. Kompozity z termoplastického škrobu možno získať, ak obsah škrobu je viac ako 50 %.

Filmy na báze škrobu, ktoré možno vidieť na trhu, sú vyrobené hlavne zo škrobu zmiešaného s termoplastickými polyestermi, s cieľom získania biodegradovateľných a kompostovateľných výrobkov. Tieto filmy použité na výrobu vreciek pre recykláciu organického odpadu, obalov a obalových materiálov, hygienických výrobkov a pre poľnohospodárstvo, majú vlastnosti porovnateľné vlastnostiam LDPE. Na trhu sa môže úspešne uplatniť deštruktúrovaný škrob v kombinácii s inými syntetickými polymérmi. Na báze škrobu je v súčasnosti komerčne prístupných vcelku veľa výrobkov.

VÝROBKY NA BÁZE ŠKROBU: -

- - -

-

Vo vode rozpustné čipsy ako výplňový materiál na ochranu obsahu balíkov a iné expandované materiály ako náhrada polystyrénu (styrofoam); Nákupné tašky; Vrecká na zber bio-odpadu; Potravinové obaly a obaly (napr. vrecká na ovocie, zeleninu, chlieb – ich dôležitá vlastnosť oproti iným materiálom je priepustnosť vzduchu, ktorá zlepšuje skladové podmienky týchto potravín); Hygienické výrobky a kozmetické výrobky (sanitárne plienky, zubné špáradlá, tampóny,...).

CELULÓZA Celulóza a škrob sú polysacharidy. Celulóza je štruktúrny polysacharid, kým škrob je zásobný polysacharid. Z hľadiska množstva je celulóza najrozšírenejší polymér na Zemi a je hlavnou konštrukčnou zložkou stromov a iných rastlín (bavlna, ľan, juta, cukrová trstina, obilniny,...).

Celulózu, okrem vyšších rastlín, syntetizujú aj baktérie kyseliny octovej (AAB). Bakteriálne syntetizovaná celulóza ma veľký potenciál v obalovom priemysle, no doteraz sa pre tieto aplikácie ešte takmer nevyužíva. Určité (AAB) baktérie môžu syntetizovať takmer čistú celulózu s niektorými chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami ako má celulóza z rastlín.

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

17

2

PLASTY Z OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV

Celulóza sa skladá z lineárnych reťazcov z navzájom pospájaných – od niekoľko stoviek až nad desať tisíc – glukózových jednotiek, ktoré sú podobne ako v škrobe, spojené glykozidickou väzbou. Hoci tak celulóza, ako aj škrob majú rovnaké monomérne jednotky, ich polymérny reťazec sa líši v orientácii glukózových jednotiek.

VIAZANIE GLUKÓZY V ŠKROBE

VZOREC GLUKÓZY

ZJEDNODUŠENÝ VZOREC GLUKÓZY

VIAZANIE GLUKÓZY V CELULÓZE

Hlavné zdroje celulózy pre priemyselné procesy sú drevo a bavlna. Celulóza je hlavnou zložkou papiera, lepenky a textílií vyrobených z bavlny, ľanu a iných rastlinných vlákien. Používa sa tiež na výrobu vlákien, filmov a derivátov celulózy. Prvé priemyselné polyméry (celuloid, celofán) boli v skutočnosti na báze celulózy , no dodnes nie je oblasť materiálov založených na celulóze plne využívaná. Vnesením celulózových vlákien do polymérnych materiálov sa získavajú biokompozity, ktoré keď sa stanú odpadom, poskytujú významné dodatočné možnosti pre ich spracovanie (kompostovanie ako alternatíva ku skládkovaniu). Celulózové vlákna slúžia ako matrica pre biodegradovateľné polymérne kompozity a zlepšujú ich mechanické vlastnosti a hydrofobicitu. Pre dosiahnutie zlepšených mechanických vlastností, priepustnosti plynov a odolnosti voči vode, sa celulózové vlákna miešajú so škrobom.

CELULÓZA, CELULÓZOVÉ VLÁKNA A DERIVÁTY CELULÓZY SA POUŽÍVAJÚ NA: hračky športové náradie, medicínske aplikácie, dekorácie, interiér auta, nábytok, konštrukcie, …

SÓJA/SÓJOVÝ PROTEÍN Výskum plastov na báze sóje sa intenzívne začal už od roku 1940. Sójový proteín sa predovšetkým využíval ako plnivo, ktoré znižovalo cenu plastov na báze oleja. Jeho súčasné využívanie je za účelom zvýšenia biodegradovateľnosti plastov. V porovnaní s plastami z kazeínu, zeínu a glycínu, je sója ekonomicky porovnateľná.

18

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

Sójové boby sú bohaté na olej a proteíny a ich obsah v sušine je okolo 40 % proteínu a 20 % oleja.

Sójový proteín je globulárny, reaktívny a často vo vode rozpustný. Približne 98 % proteínov v sójových boboch sa nachádza v bunkovej organele, t.j. “proteínovej korpuskule”.

Spracovanie sójového proteínu obyčajne vedie k zmene fyzikálneho stavu a niekedy tiež k chemickým reakciám. V prípade spracovania polymérov je k dispozícii viacero procesov zahrňujúcich napríklad extrakciu, vstrekovanie, odlievanie, tvarovanie,…

Výsledky výskumu ukazujú, že sójový proteín sám, alebo zmiešaný so škrobom, je vhodný na výrobu plastových výrobkov ako sú obaly, hračky, športové náradie, kontajnery,... vystrekované plasty majú vhodné mechanické vlastnosti a odolnosť voči vode. Po použití sa tieto výrobky zbierajú a recyklujú, čím sa znižuje záťaž prostredia.

Filmy vyrobené zo sójových proteínov majú dobré bariérové vlastnosti voči kyslíku a rovnako aj UV žiareniu. Preto sú vhodné ako obalové materiály. Užitočné sú pre fólie v poľnohospodárstve, kde ak sa už ďalej nepoužívajú, môžu zostať na poli ako biodegradovateľné. Pri správnom spracovaní sa dajú sójové proteíny spracovať na penové produkty s rôznou hustotou; takto možno vyrábať izolačné materiály s rôznymi termickými vlastnosťami.

Biodegradovateľnosť, nehorľavosť a elektrostatická vodivosť plastov zo sójových proteínov reprezentujú jedinečné a atraktívne vlastnosti. Spolu s ekonomickou porovnateľnosťou sú plasty zo sójových zdrojov environmentálne prijateľné a sú sľubnou alternatívou ku konvenčným plastom.

KYSELINA POLYMLIEČNA (PLA) Kyselina polymliečna (polylaktid) je najviac používaný biodegradovateľný alifatický polyester.

Monomér kyselina mliečna sa nachádza v krvi a tkanive svalov ako produkt metabolizmu glukózy.

Kopolymér sa tvorí v procese chemickej polymerizácie kyseliny mliečnej. Kyselina mliečna sa vyrába fermentáciou glukózy, ktorú možno získať z rôznych zdrojov (cukrová trstina, zemiaky a maniok). Kyselina polymliečna je odolná voči vode a nestabilná v halogenovaných uhľovodíkoch.

Vyrába sa hlavne pre účely degradovateľných obalových materiálov a v priemyselnom procese kompostovania sa rozkladá v priebehu troch týždňov. Priemyselná výroba kyseliny polymliečnej začala v roku 2002. Polylaktid sa stal prvým polymérom z obnoviteľných zdrojov, ktorý sa vyrábal na priemyselnej škále.

PLA sa v súčasnosti používa na obaly (poháre, misky, fólie a nádoby na úschovu potravín), textílie (tričká a bytové textílie), hygienické výrobky, fólie pre poľnohospodárstvo a príbory. Penový polylaktid sa používa ako izolátor a je alternatívou k penovému polystyrénu. Polylaktidy majú dobré mechanické vlastnosti podobné PET a PP. Termicky formované tégliky jogurtov Danone sú vyrobené z kyseliny polymliečnej.

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

19

2

PLASTY Z OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV

GLUKÓZA

KYSELINA MLIEČNA

KYSELINA MLIEČNA

ETANOL

OXID UHLIČITÝ

Obrázok 10: Dva typy bakteriálnej syntézy kyseliny mliečnej

POLYHYDROXYALKANOÁTY (PHA) Polyhydroxyalkanoáty sú prírodné alifatické polyestery syntetizované fermentáciou cukrov a lipidov (glukóza, sacharóza, rastlinné oleje, dokonca glycerín z výroby biodieslu) širokým množstvom baktérií, pre ktoré keď rastú v podmienkach značného stresu, sú vnútrobunkovou uhlíkovou a energetickou rezervou. Môžu obsahovať viac ako 150 monomérov, čím sa získajú materiály s rôznymi charakteristikami. Polyhydroxyalkanoáty sú biodegradovateľné a biodegradáciu spôsobujú obyčajne enzýmy. Ich mechanické vlastnosti a biologická kompatibilita sa môže meniť ich zmiešaním, zmenou povrchu alebo kombinovaním polyhydroxyalkanoátov s inými polymérmi, enzýmami alebo anorganickými materiálmi, čo poskytuje možnosti ich využitia v širokej škále aplikácií.

V procese výroby rastú baktérie na vhodnom médiu a sú zásobované dostatočným množstvom výživných látok, čo zabezpečuje ich rýchly rast. Ak populácia baktérií dosiahne požadované množstvo zloženie výživných látok (nutrientov) mení sa a baktérie vo zvýšenej miere začínajú produkovať PHA. Množstvo PHA vo vnútrobunkovom priestore môže byť do 80% na sušinu organizmu. Biosyntéza PHA sa obyčajne zvýši za podmienok nedostatku (nedostatok rôznych mikroprvkov: fosfor, dusík, stopových prvkov alebo pri chýbaní kyslíka) a pri prebytku uhlíka.

Syntéza s pomocou mikroorganizmov v pôde môže byť ekonomicky zisková: nedostatok dusíka a fosforu stimuluje baktérie k produkcii jedného kilogramu polyméru z 3 kilogramov cukru. V závislosti na bakteriálnej kultúre sa môžu vyrábať homo- alebo kopolyestery. Polyestery sú uložené v bunke vo forme granúl.

Obrázok 11: Polymérne granule vo vnútri baktérie.

(Zdroj: M. Koller, TU Graz)

PHA polyméry sú temoplastické a môžu byť spracovávané na zariadeniach pre konvenčné plasty. Používajú sa ako zahusťovače do kozmetických výrobkov, na hygienické výrobky, obaly a golfové týčka. Na rozdiel od iných typov bioplastov (napr. PLA), PHA plast je UV stabilný, odolá teplotám do 180oC a ťažko prepúšťa vodu. Polyhydroxybutyrát je bariérou pre vlhkosť a pachy a vo vlastnostiach sa podobá polypropylénu.

POLYAMID 11 Ak sa polymér získa z obnoviteľných zdrojov, neznamená to, že je tiež biodegradovateľný.

Takým príkladom je polyamid 11 (nylon 11). Získava sa z ricínového oleja, je vysoko odolný voči vode a má iné požadované termické, fyzikálne, chemické a mechanické vlastnosti. Je odolný voči chemickým a termickým vplyvom a preto má rôznorodé využitie. Cenove je prístupný a používa sa v elektrických kábloch, v automobilovom priemysle a pre pneumatické a hydraulické potrubia. Využíva sa v oblastiach kde sú kľúčovými bezpečnosť, trvanlivosť a univerzálnosť a je často lacnejšou alternatívou v high-tech aplikáciách než kovy a kaučuk.

20

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

Rozvoj polyamidu 11 začal v roku 1938 s výrobou kyseliny undekánovej krakovaním ricínového oleja. Krakovanie je vysokoteplotný a/alebo katalyzovaný proces, ktorý štiepi veľké uhľovodíkové molekuly na menšie. Pilotná výroba začala v roku 1944 a priemyselná o 11 rokov neskôr vo Francúzku.

Zo semien rastliny Ricinus communis sa najprv extrahuje olej. Semená sa melú, pričom proces separácie oleja zo semien sa robí dvoma spôsobmi: drvením a/alebo extrakciou rozpúšťadlami.

Ricínové semená obsahujú približne 50% oleja.

POLYMERIZÁCIA

POLYAMID 11

BIO-POLYETYLÉN Bio-polyetylén tak ako polyamid 11 je možno tiež získať z obnoviteľných zdrojov (cukrová trstina). Nie je biodegradovateľný a jeho charakteristiky sú tie isté ako polyetylénu na báze ropy.

Bio-polyetylén sa najviac používa na obaly.

Polyetylén z obnoviteľných zdrojov sa získa polymerizáciou etylénu, získaného z obnoviteľných zdrojov. Veľa rastlín produkuje etylén počas dozrievania plodov. Priemyselná výroba etylénu je založená na dehydratácii etanolu. Výroba polyetylénu na báze obnoviteľných zdrojov nie je nová, realizovala zhruba pred 40 rokmi v Indii, kde z etanolu vyrábali etylén a z neho potom PE, PVC a styrén. V Brazílii sa v 80-tych rokoch používal etanol na výrobu PE a PVC. Neskôr výroba bio-polyetylénu poklesla pre nízke ceny ropy/benzínu, no dnes v dôsledku obáv z globálneho otepľovania a obmedzeného množstva neobnoviteľných zdrojov (čo sa odráža aj v rastúcich cenách ropy), sa bio-polyetylén opäť stáva atraktívnym.

Výroba bio-polyetylénu je založená na cukrovej trstine ako zdroja etanolu. Cukrová trstina sa čistí a drví na cukrovom mlyne. Získa sa hlavný produkt, ktorým je cukrová šťava a vedľajším produktom je takzvaná “bagáza”. Tento vedľajší produkt sa v Brazílii využíva na výrobu energie pre potreby mlynu a prebytok energie ide do elektrickej siete. Cukrová šťava sa skvasuje na etanol pri anaeróbnych podmienkach. Získaný etanol sa destiluje tak, aby sa získal 98.5 % etanol, ktorý sa potom dehydratuje pri teplotách medzi 300 a 600 °C.

fermentácia Cukrová trstina

destilácia

Etanol

dehydratácia

Etylén

polymerizácia

Bio-polyetylén

Polyetylén z obnoviteľných zdrojov je významná chemická látka pre chemický priemysel. Je to najvýznamnejší produkt získavaný z etylénu, no etylén je tiež významný medziprodukt pre výrobu PVC, PET, PS a polyolov pre polyuretány (PUR). PE a PVC z obnoviteľných zdrojov pomaly prechádzajú do masovej výroby, čo možno v budúcnosti očakávať aj pre ďalšie polyméry na báze etylénu z obnoviteľných zdrojov. PE z obnoviteľných zdrojov sa môže použiť pre tie isté výrobky ako PE z fosílnych palív.

BIO-POLYETYLÉNTEREFTALÁT (BIO-PET)

PET POLYETYLÉNTEREFTALÁT

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

21

2

PLASTY Z OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV

Polyetyléntereftalát (PET) je plast vyrobený z etylénglykolu (jedna z hlavných zložiek nemrznúcej kvapaliny) a kyseliny tereftalovej (TPA) a používa sa hlavne ako materiál pre výrobu plastových fliaš. Nedávno sa začal vyrábať a používať PET obsahujúci 30 % (hmotnostných) materiálu z obnoviteľných Tých 30 % reprezentuje etylénglykol (EG) získaný z cukrovej trstiny.

Problémom pre získanie 100 % PET bioplastu je výroba kyseliny tereftalovej z obnoviteľných zdrojov. Kyselina tereftalová je bezfarebná kvapalina najviac používaná práve ako prekurzor pri výrobe PET. Hlavným zdrojom výroby kyseliny tereftalovej je para-xylén, získaný z toluénu za prítomnosti katalyzátora. V novembri 2001 Japonci prišli s oznámením, že syntetizovali prvý PET založený na obnoviteľných zdrojoch. Kyselinu tereftalovú vyrobili z para-xylénu cez medziprodukt izobutanol, ktorý získali z biomasy.

KYSELINA TEREFTALOVÁ

Výroba etylénglykolu z obnoviteľných zdrojov: Najviac sledovaný spôsob je jeho syntéza z vlákien rastlín (ako východiskový materiál je celulóza), ktoré sú konvertované na EG pri použití katalyzátora. Dlho sa ako katalyzátor používala platina, čo sa odrážalo vo vysokých cenách. V roku 2008 sa výrobná cena znížila nahradením platiny karbidom wolfrámu a ako katalyzátor slúži vodík. Kľúčovým krokom je rozklad vlákien celulózy. Celulóza obsahuje hydroxylové skupiny a atómy kyslíka medzi ktorými sa vytvárajú vodíkové väzby, ktoré robia celulózu takmer nepriepustnou. Takto je celulóza inertná voči mnohým reagentom, no za určitých podmienok (P=60 barov a vo vodíkovej atmosfére) môže vodík prenikať cez štruktúru a rozbiť celulózu na nízkomolekulové fragmenty. Katalyzátor môže ďalej molekuly redukovať.

Pri veľkej spotrebe nemrznúcich zmesí a PET je ročná spotreba etylénglykolu veľmi vysoká (20 miliónov ton).

Iné tiež možné spôsoby, napríklad: Oxidácia etylénu na etylénoxid, za ktorou nasleduje hydrolýza na etylénglykol. Zdrojom etylénu môže byť metionín (použitie enzýmov) alebo dehydratovaný etanol.

Reakcia metanolu (zdroj: fermentácia) a formaldehydu (zdroj: nižšie alkylalkoholy) za prítomnosti katalyzátora (organický peroxid).

KĽÚČOVÉ ODKAZY

22

Biodegradovateľné plasty sa môžu vyrábať z obnoviteľných zdrojov.

Plasty z obnoviteľných zdrojov môžu byť biodegradoavteľné alebo nebiodegradovateľné.

Biodegradovateľnosť nie je charakteristika viazaná na pôvod látky, závisí len od chemickej štruktúry a prostredia v ktorom degradácia prebieha.

Úsilím o zvýšenie používania biodegradovateľných plastov z obnoviteľných zdrojov sledujeme ciele udržateľného rozvoja a znižovanie environmentálnych záťaží.

Podiel obnoviteľných zdrojov v materiáloch z plastov sa určuje izotopovou analýzou uhlíka.

S narastajúcim používaním obnoviteľných zdrojov k výrobe plastov sa znižuje používanie fosílnych zdrojov a CO2 emisie.

Potenciál obnoviteľných zdrojov pre spracovanie na výrobky z plastov nie je plne využitý.

Pre spracovanie na bioplasty je k dispozícii široká škála prírodných polymérov. Najbežnejšie sa používajú škrob, polylaktidy, polyamid 11 a epoxydové živice na báze obnoviteľných zdrojov.

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

BIODEGRADOVATEĽNÉ PLASTY V KAŽDODENNOM ŽIVOTE BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

3 23

3

BIODEGRADOVATEĽNÉ PLASTY V KAŽDODENNOM ŽIVOTE

Napriek tomu, že žijeme v priestore kde sme v neustálom kontakte s novými informáciami, veľa ľudí sa nikdy nestretlo s koncepciou biodegradovateľných plastov.

Preto si ani nemôžu uvedomovať, že k výrobkom ktoré kupujú existujú aj alternatívne výrobky. Podstatné pre úspešné uvedenie nových výrobkov na trh je informovanie a zvyšovanie povedomia zákazníkov o ich možnostiach výberu. Pokiaľ ľudia nie sú upovedomení, že majú na výber, nedôjde k zmenám. Ale tie vždy začínajú pomaly a od začiatku …

PLASTY NA KAŽDOM KROKU Každý z nás denne používa a odhadzuje veľa plastových výrobkov. Väčšia časť potravín je balená do jedného z plastov (PET, PP, LDPE, HDPE, PS,…), používame plastové tašky na prenos vecí, z plastov sa vyrábajú kryty elektroniky a tiež hračky a športové potreby. Aj interiér v aute je z plastov.

Podľa vývoja technológií by sme v princípe mohli vyrábať väčšinu výrobkov dosiaľ vyrábaných zo syntetických plastov, ktoré nie sú biodegradovateľné, z biodegradovateľných plastov.

Reálne sa však toto neočakáva. Škála biodegradovateľných materiálov a produkcia výrobkov je menšia a tiež drahšia. Biodegradovateľné materiály pomaly vytvárajú menšie trhy no ešte nie sú kompetitívne s veľkými trhmi ovládanými konvenčnými plastami, vyrábanými efektívne a masovej škále už desiatky rokov.

MOŽNOSŤ VÝBERU V tomto prípade má zákazník značnú váhu. Trhy sú založené na princípe dodávky a požiadavky.

S rastúcimi požiadavkami rastú aj dodávky a nasleduje zvýšená výroba a pokles cien. Čím viac ľudí chce kupovať výrobky z bioplastov, tým vyššia bude potreba pre ich výrobu a ich ceny by mohli klesať. Žiaľ toto sa nestane za noc a je preto potrebné informovať spotrebiteľov o ich výbere, učiť ich o pohľade na nové možnosti a pripomínať im ďalších ľudí, ktorí budú po nich žiť na Zemi a ktorí ako oni, budú potrebovať pitnú vodu, čistý vzduch a neznečistenú pôdu pre výrobu potravín.

ROZPOZNANIE BIODEGRADOVATEĽNÝCH VÝROBKOV Keďže sa biodegradovateľné plasty bežne na pohľad nelíšia od bežnejších nebiodegradovateľných výrobkov, musíme sa spoľahnúť na označenie a štítky na výrobkoch, ktoré identifikujú biodegradovateľné výrobky aj o tom, či sú biodegradovateľné alebo vhodné pre kompostovanie. Je to jednoducho povedané certifikačnou značkou, ktorá musí obsahovať aj certifikačné číslo. Označenie ako „ 100 % degradovateľný‘‘ alebo „environmentálne prijateľný‘‘ pri absencii certifikačného čísla nezabezpečuje skutočnú biodegradovateľnosť a môže zavádzať spotrebiteľov.

+ BIODEGRADOVATEĽNÝ POLYMÉR

MIKROORGANIZMY

BIOMASA

+

CO2

+

VODA

Obrázok 12: Osud biodegradovateľného vrecka

24

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

Ak sa rozhodujete o kúpe výrobku z biodegradovateľných materiálov v obchode, uistite sa či sú označené certifikačným logom a certifikačným číslom. Môže to byť niektoré z nasledujúcich:

KRAJINA – CERTIFIKAČNÝ ORGÁN

LOGO

USA – Biodegradable Products Institute

EU – DIN CERTCO a Austrália – Australasian Bioplastics Association (pre priemyselné kompostovanie)

EU – Vincotte (pre priemyselné kompostovanie)

EU – Vincotte (pre domáce kompostovanie)

EU – Vincotte (degradovateľnosť v pôde)

EU – Vincotte (degradovateľnosť vo vode)

KVALITA VÝROBKOV Každá pochybnosť zákazníka, či výrobok z biodegradovateľných plastov má nižšiu kvalitu oproti iným syntetickým plastom, je zbytočná. Biodegradovateľné plastové vrecko má tie isté charakteristiky ako nebiodegradovateľné; jeho degradácia sa začne za dlhšiu dobu a za vhodných podmienok (najmä za podmienok priemyselného kompostovania) a nie predtým ako by mal výrobok slúžiť pre svoj účel.

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

25

3

BIODEGRADOVATEĽNÉ PLASTY V KAŽDODENNOM ŽIVOTE

ČO UROBIŤ S BIODEGRADOVATEĽNÝM PLASTOM KEĎ SA STANE ODPADOM? Bezpochyby biodegradovadeľný plast končí v životnom prostredí; a tiež kompostovateľné plasty nedávame na skládky. Je pravdou, že biodegradovateľné ako aj kompostovateľné plasty sa v prírode rozkladajú, ale k tomu je potrebný určitý čas. Medzitým sú v prírode polutantom, ktorý tak ako iný odpad je nebezpečím pre zvieratá a znečisťuje životné prostredie. Jedným z kľúčových faktorov priemyselného kompostovania je vysoká teplota, preto degradácia v prírodnom prostredí (pôda alebo voda) trvá dlhší čas.

Po použití výrobkov z biodegradovateľných plastov ich treba zahrnúť do organického odpadu. Vhodný manažment biodegradovateľných plastov je jednak aeróbny (kompostovanie), alebo anaeróbny (bioplyn) rozklad. Biodegradovateľné plasty by sa nemali umiestniť do kontajnerov bežného odpadu pre obaly, lebo v dôsledku odlišných spracovateľských charakteristík môžu spôsobovať problémy pri recyklácii všetkých iných typov nebiodegradovateľných plastov. Rozklad biodegradovateľných plastov optimálne prebieha za podmienok priemyselného kompostovania organického odpadu. Tento proces je pomalší v prírode a to je dôvod prečo biodegradovateľné (a rovnako aj nebiodegradovateľné) plasty neskládkujeme.

Obrázok 13: Životný cyklus biodegradovateľných plastov

SLOVENSKÝ TRH Na Slovensku v súčasnosti nemáme výrobu biodegradovateľných plastov, no inovácie sa v tomto smere očakávajú v dohľadnej dobe. S výrobkami z biodegradovateľných plastov sa môžeme stretnúť vo väčších nákupných centrách.

26

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

KĽÚČOVÉ ODKAZY Život bez používania výrobkov z plastov je prakticky nepredstaviteľný.

Každý spotrebiteľ má silu aby urýchlil presadenie sa biodegradovateľných plastov na trhu.

Škála výrobkov z biodegradovateľných plastov a ich využívanie sa trvalo zvyšuje.

Certifikačná značka nepochybne potvrdzuje biodegradovateľnosť výrobku.

Charakteristiky a kvalita výrobkov z biodegradovateľných plastov sa vyrovná tým, ktoré sú vyrábané z nebiodegradovateľných plastov.

Biodegradovateľné plasty neskládkujeme v prírodnom prostredí. Mali by byť uložené do kontajnera s biologickým odpadom.

Kúpením výrobku z biodegradovateľného plastu znižujeme znečisťovanie životného prostredia, zahrňujeme plasty do prírodného cyklu a sledujeme ciele udržateľného rozvoja.

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

27

NÁVRHY NA EXPERIMENTY 28

4

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

Vedľa ukážky biodegradovateľných vreciek, obaľovacích fólií pre zeleninu, plastických granúl z kyseliny polymliečnej a iných výrobkov z biodegradovateľných plastov – sú tu ďalej uvedené aj tri praktické experimenty, ktoré je možné robiť spolu so študentmi. Prvý je veľmi krátky a vhodný zahrnúť do vyučovacej hodiny, keďže nevyžaduje viac ako pár minút a kadičku s vodou.

Druhý a tretí experiment sú vhodné do laboratórneho cvičenia.

1. RÝCHLA ILUSTRÁCIA ROZDIELU MEDZI PENOVÝMI VÝPLŇOVÝMI OBALOVÝMI TELIESKAMI ZO ŠKROBU A POLYSTYRÉNU Daj do vody obalové teliesko polystyrénu, ktorý je porovnateľný veľkosťou spolu s telieskom vyrobeným z termoplastického škrobu. Zamiešaj a zakrátko (za pár minút) môžeš pozorovať, že škrobové teliesko sa rozpúšťa vo vode, zakiaľ polystyrénové zostáva nedotknuté.

Experiment ilustruje ako teliesko z termoplastického škrobu je náchylné na rozpúšťanie a malo by sa teda rýchlejšie rozkladať v prírodnom prostredí, zakiaľ polystyrén zostane v nezmenenej forme dlhý čas.

2. PLASTY ZO ZEMIAKOV V laboratóriu je možné veľmi ľahko vyrobiť plast z obnoviteľného zdroja – zemiaku. Sleduj kroky uvedené ďalej a pre lepšiu ilustráciu si pozri video (http://www.youtube.com/watch?v=VUkyW1Pir9g&feature=related).

POSTUP:

1. olúp jeden veľký zemiak a nastrúhaj do trecej misky 2. pridaj 100 ml vody 3. v trecej miske slíže zemiaka zaliate vodou rozdrv piestikom 4. vylej získanú kvapalinu z trecej misky cez sitko do kadičky 5. opäť prelej drvený zemiak v trecej miske vodou a vylej kvapalinu cez sitko do tej iste kadičky 6. po približne 7 minútach sa na dne usadí sediment škrobu 7. kvapalinu na škrobovým sedimentom jednoducho vylej do druhej kadičky a v prvej zostane len sediment škrobu 8. vlej 100 ml vody na škrobový sediment premiešaj so sklenenou tyčinkou 9. počkaj kým sa znovu vytvorí sediment škrobu (asi 7 minút) a odlej vodu do druhej kadičky tak, že v prvej kadičke zostane len čistý mokrý škrob 10. vysuš škrob z prvej kadičky v sušiarni (asi 10 minút pri 80 °C), čím sa získa biely škrobový prášok 11. k 2.5 gramu suchého škrobového prášku, ktorý je v kadičke, pridaj 25 ml vody a 3 ml 0.1 M HCL a premiešaj sklenenou tyčinkou, aby sa dostal zakalený biely roztok 12. do kadičky pridaj 2 ml glycerolu a premiešaj sklenenou tyčinkou 13. zakry kadičku sklenenou odparovacou miskou a polož na sieťku nad kahanom – zohrievaj to nad plameňom 15 minút 14. po 15 minútach odstav kahan, opatrne zober horúcu kadičku a počkaj kým sa ochladí 15. so sklenenou tyčinkou prenes trošku látky z kadičky na univerzálny indikátor – zafarbí sa do červena, čo znamená, že látka je kyslá 16. pridaj trošku 0.1 M NaOH a premiešaj sklenenou tyčinkou 17. opäť prenes trošku látky na univerzálny indikátor – zafarbí sa do zelena, čo znamená, látka má teraz neutrálne pH 18. premiestni pomocou sklenenej tyčinky látku z kadičky do Petriho misky a rovnomerne roztiahni 19. ak chceš, môžeš pridať nejaké potravinárske farbivo, premiešať tyčinkou aby bol plast farebný 20. vysuš v sušiarni [ako dlho + pri akej T – údaje nie sú z videa dostupné] a máš svoj plast zo zemiaku!

MATERIÁLY: Zemiak Voda Trecia miska a piest Strúhadlo Odmerný valec Pohár x3 Sklenená tyčinka Sušiareň Laboratórne váhy 0.1 M HCl 0.1 M NaOH Glycerol (2 ml) Malá sklená miska na prikrytie pohára Horák Sieťka Univerzálny indikátor Petriho miska Potravinárske farbivo Ochranné pomôcky

Takto možno samostatne ľahko a rýchlo vytvoriť plast zo zemiaku. Učitelia môžu porovnať tento plast (vzhľadovo, dotykom, tuhosťou, flexibilitou) s plastami z fosílnych palív.

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

29

4

NÁVRHY NA EXPERIMENTY

MATERIÁLY: Horák Kadička Špachtľa na miešanie Čajová lyžička Polievková lyžica Voda Kukuričný škrob Glycerol Kyselina octová - ľadová Plastová podložka na ktorú sa rozotrie plast na konci experimentu

3. PLASTY Z KUKURIČNÉHO ŠKROBU Toto je jednoduchá a rýchla technika na výrobu plastu zo škrobu. Experiment je podobný predošlému experimentu, no je rýchlejší, pretože sa môže použiť už pripravený škrob pre výrobu plastov, predtým sa škrob pripravoval zo zemiakov. Pre lepšie znázornenie pozri krátke video: http://www.youtube.com/watch?v=5M_eDLyfzp8

POSTUP:

1. Odmeraj do kadičky 1 polievkovú lyžicu kukuričného škrobu, 4 polievkové lyžice vody, 1 čajovú lyžičku glycerolu a 1 čajovú lyžičku kyseliny octovej.

2. Ak je všetko dobre premiešané, polož kadičku nad plameň a neustále miešaj.. Najprv bude v kadičke biela mliečna kvapalina, ktorá skoro začne hustnúť.

3. Pokračuj v miešaní pokiaľ kvapalina tuhne. Keď začne byť lepkavá a takmer transparentná, odstav kadičku od plameňa a roztiahni látku tak nahrubo ako chceš na pripravenú podložku, nechaj ju ochladiť.

4. KOMPOSTOVANIE MATERIÁLY: Pôda/kompost Váhy Sklenený pohár/kvetináč Sieťka proti komárom Voda Rôzne materiály (kúsok jablka, banánová šupka, tkanina, vrecko na mrazenie potravín (PE), minca alebo klinec, papier, vrecko na biologický odpad vyrobené z kompostovateľného plastu – prever si certifikačné značenie)

Tento experiment môže trvať celý rok. Na začiatku školského roku vlož vzorky do kompostu/pôdy, potom kontroluj každý mesiac čo sa stalo s materiálom. Kompostovanie dáva žiakom dôležitú lekciu – recykláciu a znovu použitie materiálov. Vyžaduje pôdu, kopanie a vodu.

POSTUP:

1. Naplň nádobu/kvetináč zemou/kompostom.

2. Zabaľ a upevni kompostovaný materiál do tkaniny používanej proti komárom a zváž a pravdaže odfotografuj pripravenú vzorku. Uviaž vzorku rybárskym lankom alebo kovovým drôtikom, umiestni do nádoby/kvetináča, zasyp pôdou a polej vodou.

3. Raz za mesiac vyber vzorku zo zeme, umy ju, vysuš a zváž a potom ju opäť vlož do zeme.

Takto monitorujeme rozklad rozličných materiálov v dlhom časovom úseku a môžeme porovnať rozklad bežného polyetylénového vrecka s rozkladom kompostovateľného vrecka na biologický odpad.

Keďže teploty kompostovania nebudú také ako sú pri priemyselnom kompostovaní, je možné, že degradácia kompostovateľného vrecka bude trvať dlhšie než 6 mesiacov.

30

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

TERMÍNY V TEXTE Aeróbna degradácia - biologický rozklad za prítomnosti kyslíka alebo vzduchu, pri ktorom je uhlík premenený na oxid uhličitý a biomasu

Kompostovateľné plasty (plasty vhodné pre kompostovanie) – plasty ktoré sú (za podmienok kompostovania) biodegradovateľné rýchlosťou porovnateľnou kompostovaciemu cyklu a ktoré vyhovujú požiadavkám príslušných noriem

Anaeróbna degradácia – biologický rozklad bez prístupu kyslíka alebo vzduchu, pri ktorom je uhlík premenený na metán a biomasu

LDPE (Low-density polyethylene) – polyetylén s nízkou hustotou

Biologická degradácia (biodegradácia) – degradácia vplyvom biologických systémov

Mineralizácia – proces premeny organického uhlíka na anorganickú formu (CO2), čo sa deje vplyvom metabolizmu mikroorganizmov

Biomasa (obnoviteľné zdroje) – látky biologického pôvodu, s vylúčením tých, ktoré vznikajú v geologických formáciách a z fosilizovaných organických látok

Oxidácia – chemická reakcia (napr. horenie, korózia); látka ktorá oxiduje emituje elektróny; v tomto procese sa môže napr. zlúčiť s kyslíkom alebo uvoľniť vodík

Bioplasty – plasty, ktoré sú biodegradovateľné a/alebo založené na biomase. V medicíne je možné tiež používať pojem biokompatibilita – kompatibilita plastov s ľudskými alebo zvieracími tkanivami

PE (Polyetylén) – plastický polymér so širokou škálou aplikácií

Biopolymér – je polymér získaný alebo z obnoviteľných zdrojov a/ alebo je biodegradovateľný Biodegradovateľný plast – plasty sú v závislosti na podmienkach procesu, aeróbneho alebo anaeróbneho úplne degradovateľné na oxid uhličitý, metán, vodu, biomasu a anorganické materiály Certifikát – písomné stanovisko vydané autorizovanou organizáciou, ktoré potvrdzuje, že materiál alebo výrobok vyhovuje norme.

Certifikát zahrňuje povolenie používať certifikačnú značku (logo), ktoré informuje užívateľa o súlade s normou.

Fragmentácia – fyzikálna (mechanická) degradácia látky/materiálu na menšie časti Hydrolýza – chemická reakcia, pri ktorej zlúčenina reaguje s molekulami vody a rozloží ju na menšie časti HDPE (High Density Polyethylene) –polyetylén s vysokou hustotou Kompostovanie – proces spracovania organického odpadu, pri ktorom aeróbne mikroorganizmy biologicky rozkladajú organický materiál

Perzistentné organické polutanty (POPs) – organické zlúčeniny ktoré sú odolné rozkladu v životnom prostredí v chemických, biologických, fotolytických procesoch; napr. pesticídy Plast – materiál, ktorého hlavnými zložkami sú polyméry Plasty založené na obnoviteľných zdrojoch – plasty ktoré sa vyrábajú z obnoviteľných zdrojov (napr. celulóza, lignín, škrob…) a nie sú fosílnymi palivami Polymér – látka s vysokou mólovou hmotnosťou, skladajúca sa zo základných stavebných prvkov - monomérov PP (Polypropylén) – plast so širokou škálou aplikácií PS (Polystyrén) – jeden z najbežnejšie používaných typov plastov Termoplasty – lineárne a/alebo málo vetvené polyméry schopné (opakovaného) mäknutia a transformácie pri zvýšenej teplote (HDPE, LDPE, PP, PS, PVC, PET,…)

Udržateľný rozvoj – rozvoj sledujúci dnešné potreby bez ohrozenia šancí pre budúce generácie a jej potrieb

ZDROJE A LITERATÚRA: 1. Plastics Europe, http://plasticseurope.org/ 2. Information Package on Environmentally Degradable Plastics, Project: Managers of Innovation in Environmentally Degradable Plastics, Funded by the EC Leonardo da Vinci programme 3. European Bioplastics, http://en.european-bioplastics.org 4. DIN Certco, www.din-certco.de 5. Vincotte OK Compost, www.okcompost.be 6. Biodegradable Products Institute, www.bpiworld.org

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU

31

Text bol pripravený v projekte PLASTiCE – Inovatívny hodnotový reťazec pre rozvoj udržateľných plastov v Strednej Európe, ktorý bol spolufinancovaný cez Európsky fond regionálneho rozvoja - European Regional Development Fund (ERDF) ako časť Centrálneho európskeho programu - Central Europe Programme.

Máj 2012

32

BIOPOLYMÉRY A BIOPLASTY: PLASTY HARMONICKÉ S PRÍRODOU