Пластмаси и бъдещето с тях

април 26, 2013 от  
Публикувано в Акценти

5

Не-биоразлагащите се пластмаси станаха предпочитан материал в съвременния свят,но има доказателства за енергични проучвателни и развойни действия за откриване,развиване и промишлено производство на разграждащи се биополимери,за да ги заместят.Но реалността е,че те са все още в начален стадии на развитие и приемането им за алтернатива на настоящите търговски продукти е твърде неправдоподобно.Тъй като произлизат от растения,биополимерите могат да бъдат използвани в области,където са в контакт с човешкото тяло,като нпр.лична хигиена,козметика,медицински имплантанти и изделия,текстил,опаковки на храни.
Употребата на пластмаси в ежедневието е почти безгранична.Поради ниските разходи за производство и гъвкавостта им(в смисъл многостранна приложимост),няма признаци да се появи продукт,който да ги замести в тяхното вездесъщо присъствие.Текущото световно производство е около 250 млн.тона и растежа му ще е устойчив в световен мащаб.Пластмасите са предпочитани,тъй като са леки,здрави,устойчиви на разлагане и пазарите,които обслужват се разширяват:храни,текстил,мебели,електроника,части за превозни средства,фотография,видео,покрития,строителство,опаковки,бутилки,касетки,контейнери и още много.
Най-широко използваните видове пластмаси са полипропилен(РР),полиетилен ниска плътност(LDPE),полиетилен висока плътност(HDPE),полистирол(РS),поливинилхлорид(PVC),полиетилен терефталат(РЕТ,полиестер),поликарбонат(РС),полиуретани(РU),полиакрилати,поливинилацетати и полиамиди.Тези синтетични полимери обикновено се произвеждат от петролни фракции или от природен газ и са сериозни замърсители,тъй като не се разграждат по биологичен път.Живеем в “отчуждено общество” и в резултат милиони тонове пластмаси попадат в почната,океаните и крайбрежията.Дори тази практика да се спре още днес,пластмасовите отпадъци ще продължат да стоят по крайбрежията ни за стотици години.Това подкопава в значителна степен живота в моретата,тъй като милиони морски животни умират всяка година и има ясни доказателства,че тази тенденция ще расте,тъй като глобалното търсене на тези материали нараства.
Изгарянето на пластмасите никога не е било възможност,тъй като се отделят токсични газове като циановодород и хлороводород.Опитите да се ускори био-разлагането чрез добавки като химикали,кислород или UV-добавки не доведоха до измеримо намаляване(на пластмасовите отпадъци).
Така че има нужда от откриване на изцяло био-разграждащи се полимери и не е изненадващо,че биотехнологиите са в центъра на вниманието по целия свят.Биотехнологиите са група технологии,даващи възможност да се използват микроорганизми в преработващата и обслужващата промишленост за постигане на поддържане и стабилност на природната среда.Пропагандирани като главните технологии на 21-ви век,може да се види,че тези технологии са силно мулти-дисциплинарни,тъй като обхващат много специфични области като биология,микробиология,биохимия,молекулярна биология,генетика,химия,инженерна химия и биомедицинско инженерство.
Общия капацитет за производство на биополимери през 2009 год.беше около 250 хил.тона.Това включва полимлечна киселина(PLA);полихидроксиалканоати като PHAs,PHB и PHBH;полимери на биологична основа PDO;целулозни полимери;епоксиполимери от био-глицерол;полимери на основа нишесте и смеси с нишесте.NatureWorks(Cargill Dow) е главния търговски играч с капацитет за производство на PLA от 120 хил.тона,а Novamont e главния производител на полимери на основа нишесте и смеси на тази основа с капацитет от 50 хил.тона.
Общия капацитет за производство на биополимери надхвърля 500 хил.тона,ако се включат 180 хил.тона/год. био-полиетилен от Brackem и 180 хил.тона/год био-полипропилен от Braskem/Nova Zimes – и двете осъществени в Бразилия.При всичко това дела на биоразградимите полимери в световното производство на синтетични полимери ще е оскъдните 0,26%.Ако биополимерите трябваше да заместят всички полимерни продукти,то количеството на произведените био-полимери ще трябва да нарастне близо 400 пъти(от 500 хил.т. на 200 мил.т./год. и повече).Това без съмнение би поставило под напрежение екосистемата на планетата и ще доведе до масово изсичане на гори.
Въпреки че текущите изследователски и развойни усилия изглеждат обещаващи,предвид напредъка в бактериологията и растениевъдството,реалността е че развитието на биополимерните продукти е в начален стадии поради трудностите ,които се срещат при разработване на действително биоразградим продукт.Намирането на необходимата бактериално система и след това развиването на процес за промишлено производство е нелесна,дори плашеща задача.
Биополимери,основани на растения използват зелени ресурси и обикновено са по-скъпи по отношение на енергия и преработка в сравнение с конвенционалните полимери.Правителствени субсидии,данъчни кредити и други стимули,осигурявани на земеделските производители,още повече прикриват реалните производствени разходи.
Въпреки че PLA беше известен като първия търговски синтетичен “биоразграждащ се” полимер,то сега той се разглежда като “компостируем” полимер(т.е. необходими са топлина и влага,за да се разгради).Освен това са необходими инфрачервени сензорни устройства,за да се отсортира PLA от останалите отпадъци.Дела на биополимера в отпадъците на сметищата е безкрайно малък.Да се прави опит да се търси биополимер в огромните купища отпадъци е като да се търси игла в купа сено.Текущото количество пластмаси,стъкло и хартия,които се рециклират, е малко и повечето от тези употребявани материали попадат на сметищата.Същата тенденция може да се очаква и за биополимерните отпадъци и като се има предвид,че те не се разграждат изцяло без наличие на топлина и влага,става ясно,че тези продукти също ще допринисат за създаването на още сметища.Докато не бъде развит истински биоразградим продукт,правителствата ще трябва да повишават обществената осведоменост по проблема и да увеличават усилията за рециклиране(съответно подходящо управление) на отпадъците при сегашното състояние на нещата.Германия води усилията в това направление.
Също PLA и др.полимери се състезават с био-етилацетат и др. био-горива като био-етанол и био-дизел,които се произвеждат от същите природни източници-царевица,захарна тръстика и др.Тези източници са гръбнака на хранителната индустрия.Даже ако производството на биополимери в момента допринася само минимално за недостига и поскъпването на храната,възможността за евентуално по-нататъшно ограничаване на земите за производства на храни ще продържава да увеличава обществените дебати.
Има, освен това и други фактори.Култивирането на земи за биополимери отнема земите от производството на други хранителни култури,увеличавайки нуждата от изсичане на горите.Друг проблем е,че биопродуктите кото хранителните продукти са на милостта на Майката Природа.Факторите на околната среда(наводнения,суша и непридвидими сезонни промени) могат да засегнат устойчивостта на производството на биополимери,както и тази на производството на суровини за хранителната промишленост.И накрая разходите за околната среда за превръщане на слабопродуктивните земи в плодородни ферми за производство на царевица или захарна тръстика са извънредно високи и изискват използване в големи мащаби на селскостопански машини(трактори,жетварки,оборудване за оране,мелници,резачки и т.н.),които работят на дизелово гориво и газ.Освен това се използват скъпи химически торове за увеличаване на плодородието и честотата на събиране на реколти.Използването на дизелово гориво и газ води до образуване на повече парникови газове,а употребата на химически торове ще намали органичната материя в почвата,което допълнително допринася за увеличаване на емисиите на парниковите газове.Вътрешното раздвояване на био- и хранителните продукти,състезаващи се за едни и същи ресурси,в съчетание с политически насочените зелени инициативи,изкриви(изопачи) вътрешния потенциал на биополимерите.Въпреки че тези аргументи са валидни,те отстъпват пред силно изтъкваната ниша на пазара на биополимери.
Никой не може да предвиди бъдещето със сигурност.Когато през 1993 год.носителя на Нобелова награда за откриването на верижната реакция на полимераза доктор Kary Mullis беше помолен за дългосрочно предвиждане относно бъдещето на тази технология,той отговорил:”Кой,по дяволите би могъл да знае!”Същия отговор вероятно би могъл да се даде и относно бъдещето на биополимерите.
Все пак,като се махнат погрешните схващания,ще се види,че биополимерите потенциално имат важна роля при формиране на бъдещето на професионалната хигиена,козметиката,медицинските импланти,текстила и хранителните сектори,но не са замесници на конвенционалните полимери,които понастоящем диктуват начина ни на живот.

“Цветни” биотехнологии

април 19, 2013 от  
Публикувано в Акценти

mix

“БЯЛА” БИОТЕХНОЛОГИЯ:
Термина се използва за обозначаване на нови материали,произхождащи от биотехнологията и биологията,произведени при използване на “бяла” биотехнология.Изглежда,че биотехнологията придобива цветове.”Бяла” биотехнология означава биотехнология,прилагана за производство на промишлени химически вещества като етанол и пластмаси.”Зелената” биотехнология се прилага към растения,като нпр. генетично модифицирана царевица.”Червената” биотехнология се прилага към медицински продукти,абсорбирани в тялото.
Бактериалната ферментация,използвана за производство на PHA и разновидности на PHB и PHBV(съполимер на полихидроксибутират с полихидроксибутират- валерат) е развита от поне 12 компании по света.Първоначално е била развита от ICI(голям британски химически концерн),прехвърлена на Zeneca,продадена на Monsanto и след това на Metabolix.Zeneca всъщност разработи като търговски продукт бутилки за шампоан от PHBV в Германия в началото на 90-те години,но бутилките имат значителна чупливост.
Metabolix се представя с генетично модифицирана бактерия-”дизайнер”,която е по-ефективна при производство на био-полимери.Тяхната инсталация в Clinton-Айова  започна производство  през 2008  при годишин капацитет от 50 хил.тона PHA.
Много други производители използват натурални(без генна модификация) бактерии и източници на суровина,които не са генно модифицирани.Първия в света производител в търговски мащаб на PHBV e Tianan Biologic Material Co. в Ningbo,Китай.Те имат частично работеща инсталация,която в края на миналата година удвои капацитета си до 900 тона/годишно и планират да започнат строеж на инсталация с капацитет 9 хил.т./год.Търговския PHBV на Tianan съдържа около 5% валерат,а усъвършенствувани марки(типове) при изпитание показват съдържаание до 15 % валерат и дори повече.Валерата увеличава гъвкавостта на полимера.Tianan продават продукта си на цена около 4,50 дол./кг.(франко Ningbo при количества под 50 тона).Той се оценява като пригоден за опаковки за козметика и стоки за лична хигиена,произведени чрез леене под налягане,а също за термоформоване(вакуумно формоване и др. технологии за термоформоване от листове) и за производство на филм по раздувния метод.Някои марки(типове) са били смесени с биоразграждащ се(но не произведен от възнобвяеми източници) полиестер EcoFlex на BASF,за да се произведе гъвкав филм по раздувния метод,който вече се използва търговски за опаковки на електроника.Цената би трябвало(очаква се) да слезе до около 3,80 дол./кг. когато заработи по-голямата инсталация.
Междувременно изследователи от Техническия Университет в Делфт – Холандия съобщават,че са разработили процес за производство на PHA с използване на “поток(струя) от отпадъчен продукт,съдържащ летлива мастна киселина” като суровина.”При процеса се използва открита(в смисъл,че не се съхранява в изолирана среда),смесена култура от микроби,която не изисква стерилизация и субстрат(хранителна среда) с много специален състав” – казва д-р Robbert Kleerebezem от Техническия Университет в Делфт.Изследователите от Делфт съобщават за висок добив на PHA,но все още не са направили детайлен анализ на себестойността.
Biomer – Германия също произвежда PHB чрез ферментация.Той се използва за производство на медицински изделия чрез леене под налягане.Компанията произвежда също PLA.
Du Pont има няколко полимера на база възнобвяеми източници в развитие,в това число разработвания в момента PTT(политриметилен терефталат),произвеждан като марки за производство на филм и марки за леене под налягане чрез процеса Sorona(тяхна разработка).PTT,получен чрез процеса Sorona,внедрен първоначално за производство на влакна има свойства,подобни на РВТ.При производството му се включват 20-37% PDO(1,3 пропан диол),получен чрез бактериална ферментация на захар,получена от царевица.Du Pont твърдят,че производството на био-PDO изисква с 40% по-малко енергия в сравнение с произведения на основа нефт.Du Pont могат също да произвеждат Hytrel – ко-полиестер ТРЕ(термопласт-еластомер) с до 60% полиоли на основа PDO.Du Pont планира да внедри марката Hytrel RS на основа възнобвяеми източници на суровина.Производството ще започне тази година(2008),като материала е предназначен за производство на детайли за автомобилната индустрия.
Миналата година Du Pont пусна в действие инсталация за био-PDO от царевица с годишен капацитет 45 хил.тона/год.В дългосрочен план в Du Pont се провеждат изследвания за използване на намиращите се в изобилие селскостопански отпадъчни продукти като тези от царевица,които съдържат около 60% лесно ферментиращи захари.Използването на такива отпадъци ще увеличи повече от два пъти продукцията(имат се предвид биомономери) от единица обработваема площ.Du Pont планира да изгради пилотна “биорафинерия” за целулоза за производство на етанол от отпадъци от царевица.
Производство на по-добра PLA(полимлечна киселина-най-масовия биоразградим полимер):
Друга нова “зелена” технопагия ще произведе като търговски продукт лактид – мономер на основата на млечна киселина,от който ще се произвежда PLA.
Холандската компания Purac- най-големия производител на млечна киселина в света,е изградила в Тайланд инсталация за производство на 90 хил.тона/год. млечна киселина от захар или нишесте от тапиока.Инсталацията влиза в експлоатация през 2008.
Purac са изградили също пилотна инсталация за лактид в Испания и планират да изградят инсталация в промишлен мащаб в Тайланд,която да заработи през 2009г. като произвежда между 60 и 90 хил.т. годишно.Purac твърдят,че компании,които сега купуват PLA като изходна суровина за производство на смеси,ще организират собствено производство на PLA при достатъчно предлагане на лактид на пазара.”Директната употреба на лактид ще даде възможност на тези компании да усъвършенстват PLA и да произвеждат по-голям асортимент от кополимери.което дава възможност да се постигнат нови(желани) свойства(Б.пр.:С което да се разшири все пак ограничената приложимост към момента на т.н. “био”-полимери)”-казват от Purac.Това би трябвало бързо да увеличи количествата на предлагания на пазара PLA(Б.пр.:В резултат би следвало да се намали и пазарната цена,което да стимулира потреблението и т.н.).
От Purac твърдят,че синтезирането на лактид е относително просто и не води до отделяне на скъпи? странични продукти.Ефективното производство на млечна киселина и лактид беше големия пробив на Cargill,което доведе до образуването на Nature Works през 1998г. и изграждане на първата в света и все още единствена(към 2008г.) голяма инсталация за производство на PLA в индустриален(търговски,не пилотен,не пробен или експериментален) мащаб.Nature Works очакват да натоварят цялата мощност на инсталацията .
Лактида е цикличен димер,съставен от два оптични изомера на млечната киселина.Молекулата на последната може да съществува в две форми. Химиците-органици ги наричат “дясно въртяща” и “ляво въртяща”.

Пластмаса от въглероден диоксид

март 11, 2013 от  
Публикувано в Новини

co21Освен промяна на химията на неорганичните съединения и суровини за производство на биогорива, CO2 има известен потенциал  и за пластмаси. През 2010 г. DOE инвестира  $ 18,4 милиона в  Novomer, Inc ., който е самостоятелен  разработчик  на химикали.

Инвестицията  изглежда се отплаща на Novomer и неговите партньори в производството на полипропилен карбонат (PPC) полиол с  използване на CO2 от промишлени отпадъчни потоци. Досега Novomer е произвел  седем тона краен продукт, съдържащ повече от 40% на емисиите на CO2 от теглото. Полиол  се произввжда чрез използване на отпадъчни CO2 от преработвателно предприятие, собственост на производител на специални химикали  Albemarle (ALB: NYSE) в Orangeburg, Южна Каролина . Albemarle се оказват  активните  фармацевтични съставки в завода Orangeburg.

Критичен елемент в този процес е собствення ензим на  Novomer , която позволява на CO2,  да  реагира с нефтохимически епоксиди, в резултат на термопластични полимери. PPC полиол ще замени конвенционалната петролна основа полиетер, полиестер или поликарбонатни полиоли. Според пазари и пазари за научни изследвания, глобалният пазар на полиоли се очаква да нарасне до 22,4 млрд. долара годишни продажби от 2017. Растежа се задвижва от бързо развиващите се пазари на полиуретанови пластмаси, особено в Азия, Източна Европа и Южна Америка.

Novomer вярват, че са  измисли икономически продукт. Novomer твърдят че, полиолите са по-силни и по-трайни. Съответно се очаква да имат по-висока якост на опън и капацитет на натоварване . Тъй като СО2 е отпадъчен продукт от производствения процес, по-ниски са  разходите в сравнение с конвенционалните петролни суровини.