گسترش یا بهتر است بگوییم احاطه صنعت پلاستیک در همه صنایع همچون پزشکی، بسته بندی، مواد غذایی، و … حذف این ماده از صنعت تقریبا یک امر ناممکن کرده است. از سوی دیگر مضرات بسیار زیاد این نوع محصولات برای محیط زیست و در نتیجه انسان و دیگر موجودات زنده، باعث شده است که محققان زیست شناسی همواره در تلاش باشند که با استفاده از فناوری های مختلف و منابع گیاهی، محصولی را تولید کنند که در عین کارایی، کمترین آسیب را به محیط زیست وارد کند.  

پلاستیک های تولیدی از مشتقات نفتی و صنایع پتروشیمی تحولی عظیم در زندگی بشر ایجاد کرده اند. این صنعت یکی از بزرگترین دست آوردهای بشر در طول تاریخ بوده است. و به یک کالای ضروری و صنعت عمده تبدیل شده که دربرابر تجزیه شیمیایی در محیط طبیعی مقاوم است. این روند برگشت ناپذیری پلاستیک ها، محیط زیست را با چالشی بزرگ روبه رو کرده، افزایش جمعیت و افزایش پس ماند های پلاستیکی ضربه جبران ناپذیری را به محیط زیست و جانداران زمینی و دریایی وارد کرده است.

بیوپلاستیک دستاورد مهم محققان صنعت پلاستیک

بیوپلاستیک ها یا پلاستیک سبز یک دست آورد زیستی جدید محسوب می شود که با به کارگیری محصولات و افزونه های تجدید پذیر زیستی، به کاهش میزان پس ماند های پلاستیکی و آثار مخرب آن به محیط زیست کمکی بزرگی کرده است.

بیوپلاستیک چیست؟

یکی از دستاوردهای زیستی جدید که با نام پلاستیک سبز هم شناخته می‌شود و آثار مخرب پس ماندهای پلاستیکی به محیط زیست را به میزان زیادی کاهش می دهد، بیوپلاستیک، پلاستیک تجزیه پذیر یا پلاستیک زیست تخریب پذیر نام دارد. البته تنها یک درصد از کل پلاستیک های جهان بیوپلاستیک می باشند و استفاده از آن ها در بسیاری از کشورها در حال رشد است. بیوپلاستیک ها انواع مختلفی دارند و از لحاظ مواد شیمیایی به کار رفته متفاوت هستند. اگر این نوع پلاستیک وارد طبیعت شود بعد از مدتی کوتاه تجزیه شده و به کود گیاهی تبدیل می‌شود.

تولید اولین بیوپلاستیک چه زمانی بوده است؟

 اولین پلاستیک های زیست تخریب ناپذیر در سال 1862 میلادی کشف و اختراع شدند. ماده نیترات سلولز به عنوان اولین واحد ساختاری بیوپلاستیک به دلیل داشتن قابلیت انطباق پذیری با استقبال زیادی از طرف عموم مواجه شد. اما به خاطر بالا بودن هزینه های تولید، تولید کنندگان موفق به تجاری شدن این محصول نشدند. ترکیبات PHB و PLA به عنوان دو ترکیب مهم و ارزان از مشتقات نفتی در سال 1920 الی 1930 به شدت در تولید بیوپلاستیک کاربرد داشتند.به مروز زمان چند سال بعد جنبش های حمایت از محیط زیست به اوج رسید و همین موضوع باعث شد که تولید پلاستیک رواج پیدا کند.

چند نوع بیوپلاستیک تولید می شود؟

• ترموپلاستیک نشاسته

ترموپلاستیک نشاسته ای تقریبا پنجاه درصد از کل بازار پلاستیک های تجزیه پذیر را به خود اختصاص داده است و دارای مقاومت رطوبتی بسیار خوبی می باشد. اثر کربنی ترکیبات نشاسته ای نسبت به پلاستیک های نفتی کمتر است اما تجزیه پذیر نیست. نشاسته بعد از ترکیب با پلیمرهای تجزیه پذیر به اسید نشاسته و اسید پلی لاکتیک تبدیل می شود. این دو ترکیب کاربرد بسیار گسترده ای در صنعت دارند و با قرار گرفتن در محیط زیست تجزیه شده و به کود تبدیل می شوند. بیوپلاستیک نشاسته ای برای بسته بندی مواد غذایی، میوه ها، انواع کالا و پوشش مجلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محصول به عنوان یک محصول جدید برای تولید کاغذ هم کاربرد دارد.

• بیوپلاستیک سلولزی

بیوپلاستیک سلولزی به عنوان گران قیمت ترین پلاستیک تجزیه پذیر و یکی از استرهای سلولزی یک نوع پلاستیک حرارتی است و در صنعت بسته‌ بندی کاربرد کمتری دارد. فیبر سلولزی با اضافه شدن به نشاسته باعث افزایش خاصیت نفوذپذیری پلاستیک در مقابل رطوبت و گازها می شود. این ویژگی نشان دهنده آب گریز بودن سلولز نسبت به نشاسته است.

• بیوپلاستیک پروتئینی

بیوپلاستیک پروتئینی نوعی پلاستیک سبز تجزیه پذیر است که با استفاده از مواد اولیه ای مانند کازئین موجود در شیر، پروتئین سویا، گلوتن گندم تولید می شود. البته به دلیل حساسیت بالای رطوبتی و بالا بودن قیمت بیوپلاستیک های پروتئینی استفاده از این محصول از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. برای کاهش قیمت و افزایش حساسیت رطوبتی بیوپلاستیک های پروتئینی به همراه پلی استر تجزیه پذیر استفاده می شود.

ویژگی پلاستیک بیوپلاستیک چیست؟

• منبع تجدید پذیر

 پلاستیک‌های زیستی از منابع تجدیدپذیر مانند گیاهان، زباله‌های کشاورزی یا میکروارگانیسم‌ها به دست می‌آیند. برخلاف پلاستیک‌های معمول که به سوخت‌های فسیلی مانند نفت متکی هستند، پلاستیک‌های زیستی وابستگی به منابع محدود را کاهش می‌دهند و به مدیریت منابع پایدارتر کمک می‌کنند.

• کاهش ردپای کربن

تولید پلاستیک‌های زیستی عموما منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای کمتر در مقایسه با پلاستیک‌های معمولی می‌شود.

• خاصیت زیست تخریب پذیری

 برخی از پلاستیک‌های زیستی زیست تخریب پذیر هستند، به این معنی که می‌توانند به طور طبیعی تحت شرایط خاص به اجزای غیر سمی تجزیه شوند. پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر می‌توانند به کاهش تجمع زباله‌های پلاستیکی در محیط کمک کنند.

• تطبیق پذیری و انعطاف پذیری بالا

 پلاستیک‌های زیستی را می‌توان طوری مهندسی کرد که طیف وسیعی از خواص را از خود نشان دهند و برای کاربردهای مختلف مناسب باشند.

• صرفه جویی در مصرف انرژی

 در برخی موارد، فرآیند تولید پلاستیک ‌ای زیستی انرژی کمتری را در مقایسه با پلاستیک‌های معمول مصرف می کند که به کاهش مصرف انرژی و اثرات زیست محیطی مرتبط کمک می‌کند.

بیوپلاستیک از نگاه ویکی پدیا چیست؟

بیوپلاستیک‌ها یا زیست‌پلاستیک‌ها مواد پلاستیکی هستند که از منابع زیست‌توده تجدیدپذیر، مانند روغن‌ها و چربی‌های گیاهی، نشاسته ذرت، کاه، خرده چوب، خاک اره، ضایعات مواد غذایی بازیافت شده و غیره تولید می‌شوند. بیوپلاستیک را می‌توان از محصولات جانبی کشاورزی و همچنین از بطری‌های پلاستیکی استفاده شده و سایر ظروف با استفاده از میکروارگانیسم‌ها تهیه کرد. پلاستیک‌های متداول مانند پلاستیک‌های سوخت-فسیلی از نفت یا گاز طبیعی ساخته می‌شوند. تولید این نوع از پلاستیک نه تنها در روند تولیدشان به طبیعت آسیب می‌رسانند، بلکه در روند بازگشت به طبیعت بازه زمانی بسیار طولانی خواهند داشت که آسیب‌های زیست‌محیطی زیادی در پی دارد.

 از دلایل اصلی روند طولانی تجزیه این مواد، طول بلند زنجیره‌های ملکولی و قوی بودن پیوند میان واحدهای سازنده پلیمرمی‌باشد. دانشمندان با ارائه راه حل تولید پلاستیک‌های زیستی مشکلات زیادی را در این زمینه حل کرده‌اند. بدین صورت که تجزیه و روند برگشت این نوع پلاستیک‌ها در طبیعت بسیار سریع تر می‌باشد.

مزایای استفاده از بیوپلاستیک چیست؟

• بهبود وضعیت آب و هوا
• کاهش گرمایش زمین
• بهبود منابع آب و خاک
• افزایش توسعه پایدار
• کاهش زباله های زیستی
• افزایش بهره وری اقتصادی
• امکان باز جذب و تجزیه بیشتر
• افزایش توسعه و ارتقای شغلی
• کاهش ذوب بخچال های طبیعی
• کاهش مصرف و استفاده از منابع فسیلی
• کاهش تولید گاز های گلخانه ای و سمی
• کاهش بیماری های حاصل از مشتقات نفتی
• کاهش  دغدغه های مربوط  به دفع زباله های محیطی
• عدم آلودگی محیط زیست و اختلال در چرخه زندگی حیوانات

موارد مصرف و کاربرد بیوپلاستیک چیست؟

• بسته بندی

 پلاستیک‌های زیستی معمولا برای بسته بندی مواد غذایی، کارد و چنگال یکبار مصرف، فنجان، سینی و کیسه استفاده می‌شود. آن‌ها جایگزین پایدارتری برای بسته بندی‌های پلاستیکی معمولی هستند و می‌توانند زیست تخریب پذیر باشند و اثرات زیست محیطی را کاهش دهند.

• کشاورزی

 پلاستیک‌های زیستی در کشاورزی برای فیلم‌های مالچ استفاده می‌شوند که روی خاک قرار می‌گیرند تا رشد علف‌های هرز را سرکوب کنند، رطوبت را حفظ کنند و عملکرد محصول را افزایش دهند. این محصولات زیست تخریب پذیر نیازی به برداشت پس از استفاده ندارند و مدیریت مزرعه را کارآمدتر می‌کنند.

• منسوجات

 پلاستیک‌های زیستی در صنعت نساجی برای تولید پوشاک، کفش و لوازم جانبی استفاده می‌شوند. آن‌ها را می‌توان به الیافی تبدیل کرد که زیست تخریب پذیر هستند و اثرات زیست محیطی صنعت مد را کاهش می‌دهد.

• پزشکی و دارویی

 پلاستیک‌های زیستی در وسایل پزشکی، بخیه‌های جراحی، سیستم‌های حمل دارو و ایمپلنت‌های زیست تخریب پذیر استفاده می‌شوند. آن‌ها می‌توانند به گونه‌ای طراحی شوند که پس از انجام عملکرد پزشکی مورد نظر خود به طور بی ضرر در بدن تجزیه شوند.

• لوازم الکترونیکی

برخی از تولیدکنندگان الکترونیک از پلاستیک‌های زیستی برای قطعاتی مانند روکش‌ها و پوشش‌ها استفاده می‌کنند که این امر باعث کاهش وابستگی به پلاستیک‌های معمولی مشتق‌شده از سوخت‌های فسیلی می‌شود.

• خودرو

 پلاستیک‌های زیستی کاربردهای گسترده ای در صنعت خودرو دارند، جایی که می‌توان از آن‌ها برای اجزای داخلی مانند داشبورد، بالشتک صندلی‌ها و پانل‌های درب استفاده کرد که به تولید خودروهای سبک‌تر و پایدارتر کمک می‌کند.

• چاپ سه بعدی

 پلاستیک‌های زیستی به عنوان ماده مورد استفاده در پرینت سه بعدی برای ایجاد اشیاء مختلف، نمونه‌های اولیه و محصولات سفارشی استفاده می‌شوند.

• تولید اسباب بازی

 پلاستیک‌های زیستی در تولید اسباب‌بازی‌ها و بازی‌ها استفاده می‌شوند و جایگزینی امن‌تر و سازگار با محیط زیست برای کودکان هستند.

• باغبانی

 گلدان‌های زیست تخریب پذیر ساخته شده از پلاستیک‌های زیستی در باغبانی استفاده می‌شود. این ظروف را می توان به طور مستقیم در زمین کاشت، به دلیل جنس خاص آن‌ها شوک پیوند کاهش می‌یابد و باعث رشد بهتر گیاه می‌شود.

مراحل تجزیه بیوپلاستیک

تجزیه پلاستیک‌های زیستی می‌تواند از طریق فرآیندهای مختلفی اتفاق بیفتد؛ بسته به نوع خاص بیوپلاستیک و شرایط محیطی که در آن قرار می‌گیرد این تفاوت‌ها به وجود می آیند. پلاستیک‌های زیستی می‌توانند مسیرهای تخریب مختلفی را طی کنند و از مراحل تجزیه آنها می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

• فرسایش سطحی

 پلاستیک‌های زیستی که در معرض عوامل محیطی مانند گرما، رطوبت و نور خورشید قرار می‌گیرند، ممکن است در سطوح خود شروع به تخریب کنند؛ این عوامل خارجی می‌توانند مواد را تضعیف کرده و فرآیند تجزیه را آغاز کنند.

• هیدرولیز

 در مورد پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر، مانند برخی از انواع پلی لاکتیک اسید و پلی هیدروکسی آلکانوات ها، هیدرولیز یک مرحله اولیه رایج است. هیدرولیز یک فرآیند شیمیایی است که در آن مولکول‌های آب زنجیره های پلیمری را به قطعات کوچکتر یا مونومر تجزیه می‌کنند. آنزیم ها، رطوبت یا آب موجود در محیط می‌توانند این فرآیند را کاتالیز کنند.

تجزیه زیستی توسط میکروارگانیسم‌ها: پلاستیک‌های زیستی که برای تجزیه زیستی طراحی شده‌اند، می‌توانند توسط میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها و قارچ‌ها تجزیه شوند. این میکروارگانیسم‌ها آنزیم‌هایی تولید می‌کنند که بیوپلاستیک را به عنوان منبع غذایی می‌شناسند و آنزیم‌هایی ترشح می‌کنند تا زنجیره‌های پلیمری را به واحدهای کوچکتر تجزیه کنند.

• تکه تکه شدن

 با تجزیه بیوپلاستیک، ممکن است تکه تکه شده و به قطعات کوچکتر تجزیه شود. این قطعات می‌توانند بیشتر توسط میکروارگانیسم‌ها متابولیزه شوند یا از طریق فرآیندهای طبیعی مانند جریان آب جا به جا شوند.

• کانی سازی

در مراحل نهایی تجزیه، قطعات بیوپلاستیک ممکن است بیشتر به دی اکسید کربن، آب و زیست توده تجزیه شوند. این فرآیند کانی سازی چرخه تخریب را تکمیل می‌کند و کربن بیوپلاستیک را به محیط باز می‌گرداند.

معایب بیوپلاستیک ها چیست؟

• رقابت با تولید مواد غذایی

 برخی از پلاستیک‌های زیستی از محصولاتی مانند ذرت یا نیشکر به عنوان منبع استفاده می‌کنند که منجر به ایجاد نگرانی در مورد رقابت با تولید مواد غذایی و تأثیر آن بر قیمت مواد غذایی می‌شود.

• استفاده از زمین و جنگل زدایی

 گسترش تولید پلاستیک‌های زیستی ممکن است منجر به افزایش تقاضا برای زمین‌های کشاورزی شود که در صورت عدم مدیریت پایدار، به طور بالقوه منجر به جنگل زدایی و سایر مسائل زیست محیطی می‌شود.

• زیست تخریب پذیری محدود

 همه پلاستیک‌های زیستی تجزیه پذیر نیستند و برخی از آن‌ها ممکن است برای مدت طولانی در محیط باقی بمانند، به ویژه اگر به درستی دفع نشوند.

• چالش‌های بازیافت

 پلاستیک‌های زیستی و پلاستیک‌های معمولی را نمی‌توان همیشه در جریان‌های بازیافت مخلوط کرد، زیرا این مساله می تواند منجر به بروز چالش‌هایی در زیرساخت‌های بازیافت و دفع مناسب زباله ها شود.

• هزینه و در دسترس بودن

 تولید پلاستیک‌های زیستی می‌تواند گران‌تر از پلاستیک‌های معمول باشد، که ممکن است بر پذیرش جهانی آن و در دسترس بودن آنها در بازارهای خاص تأثیر بگذارد.

• مقاومت حرارتی محدود

 برخی از پلاستیک‌های زیستی در مقایسه با پلاستیک‌های معمولی مقاومت حرارتی کمتری دارند و برای استفاده در دمای بالا نامناسب هستند.

بازار جهانی بیوپلاستیک در حال حاضر چگونه است؟

از آنجایی که بیوپلاستیک‌ها محصولات گیاهی هستند، انتظار می رود مصرف نفت برای تولید پلاستیک تا سال ۲۰۲۵ بین ۱۵ تا ۲۰ درصد کاهش یابد. همچنین تخمین زده شده است که تا سال ۲۰۲۵، آسیا و اروپا بیشترین سهم را در بازار بیوپلاستیک‌ها خواهند داشت. آسیا ۳۲ درصد و اروپا ۳۱ درصد از کل بازار را به خود اختصاص خواهد داد و پس از آن ایالات متحده با ۲۸ درصد قرار دارد. در حال حاضر، رشد بازار بیوپلاستیک‌ها سالانه ۱۰ درصد است که تقریبا ۱۰ تا ۱۵ درصد از کل بازار پلاستیک را پوشش می‌دهد. پیش بینی‌ها نشان می دهد که این عدد تا سال ۲۰۲۰ به ۲۵ تا ۳۰ درصد افزایش خواهد یافت.

موسسه Nova یک نظرسنجی جهانی از ۲۴۷ شرکت انجام داده است که تقریباً همه نوع بیوپلاستیک را پوشش می‌دهند. بر اساس بررسی‌ها، آنها تخمین می‌زنند که ظرفیت تولید بیوپلاستیک تا سال ۲۰۲۰ به نزدیک به ۱۲ میلیون تن افزایش خواهد یافت. این امر باعث می‌شود که سهم زیست ‌پایه از ۱/۵ درصد در سال ۲۰۱۱ به ۳ درصد در سال ۲۰۲۰ افزایش یابد. ظرفیت‌ها در آسیا و آمریکای جنوبی به دلیل دسترسی بهتر به منبع تغذیه انجام خواهد شد.

شکل زیر نمای کلی از تغییر در تولیدات جهانی پلاستیک‌های زیستی را بر اساس مناطق نشان می دهد. سهم اروپا از ۲۰ درصد به ۱۴ درصد و آمریکای شمالی از ۱۵ درصد به ۱۳ درصد کاهش خواهد یافت. سهم تولید بیوپلاستیک‌های آسیا از ۵۲ درصد به ۵۵ درصد افزایش خواهد یافت. در حالی که سهم آمریکای جنوبی از ۱۳ درصد به ۱۸ درصد افزایش خواهد یافت.

تغییرات ظرفیت تولید بیوپلاستیک در جهان

همچنین انتظار می‌رود که ترکیب ظرفیت تولید بیوپلاستیک ها یا همان پلاستیک های زیستی از ۵۸ درصد پلاستیک های زیست تخریب ناپذیر در سال ۲۰۱۲ به ۸۷ درصد در سال ۲۰۱۶ تغییر قابل‌ توجهی داشته است. از این رو تخمین زده می شود که بازار بیوپلاستیک‌ها به دلیل تقاضای بالای مصرف‌کننده، قیمت بالای سوخت‌های فسیلی، افزایش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و نیاز به محصولات دوستدار و سازگار با محیط زیست در آینده نه چندان نزدیک رو به رشد خواهد بود.

 طبق مطالعه ای که توسط موسسه مشاوره هلموت کایزر انجام شد، کمتر از ۳ درصد از کل زباله های پلاستیکی در سراسر جهان بازیافت می شوند. در حالی که نرخ بازیافت ۳۰ درصد برای کاغذ، ۳۵ درصد برای فلزات و ۱۸ درصد برای شیشه است. در حال حاضر، تقاضا برای بیوپلاستیک ها به دلیل تجدیدپذیری و در دسترس بودن مواد خام، عملکرد پیشرفته و ویژگی‌های فنی، و گزینه بازیافتی که ارائه می‌دهند، در حال افزایش است.

نتیجه گیری

در این مقاله ابتدا به معرفی اینکه بیوپلاستیک چیست، ویژگی ها، انواع و ترکیبات بیوپلاستیک پرداختیم و سپس درباره مزایای این محصول صحبت کردیم. بسیاری از مصرف کنندگانی که دوستدار محیط زیست هستند به خرید پلاستیک سبز تمایل بسیار زیادی نشان می دهند و محصولات مورد نیاز خود را از معتبرترین شرکت های تولید کننده پلاستیک های تجزیه پذیر خریداری می کنند.