БІОПЛАСТИК: технології, ринок, перспективи (I частина)

30.09.2015

Формують більшість ліпідів, що входять до складу всіх рослинних і тваринних клітин. Рослинні олії — один з можливих джерел тригліцеридів, які можуть бути полімеризовані у пластики.

Для виробництва пластмасових матеріалів з рослин застосовуються два методу. Перший метод заснований на ферментації, а другий використовує для виробництва пластику сама рослина.

Ферментація

Процес ферментації використовує мікроорганізми для розкладання органічних речовин у відсутності кисню. Сучасні загальноприйняті процеси використовують мікроорганізми, створені методами генетичної інженерії, спеціально призначені для умов, при яких відбувається ферментація, і речовина, розчинними мікроорганізмом. В даний час для створення біополімерів биопластиков існує два підходи:

— Бактеріальна поліефірна ферментація: ферментації задіяні бактерії ralstonia eutropha, які використовують цукор зібраних рослин, наприклад, зерна, для живлення власних клітинних процесів. Побічним продуктом таких процесів є поліефірний біополімер, згодом видобувають з бактеріальних клітин.

— Ферментація молочної кислоти: Молочна кислота виходить методом ферментації з цукру, в чому схожими з процесом, застосовуваним для прямого виробництва поліефірних полімерів з участю бактерій. Проте в даному процесі ферментації побічним продуктом є молочна кислота, яка потім обробляється традиційним способом полімеризації для виготовлення полімолочної кислоти (PLA).

Пластики з рослин

Рослини володіють великим потенціалом, щоб стати фабриками по виробництву пластмас. Цей потенціал можна максимально реалізувати за допомогою геноміки. Отримані гени можна вводити в зерно, застосовуючи технології, що дозволяють розробляти нові пластикові матеріали з унікальними властивостями. Така генна інженерія дала вченим можливість створити рослина Arabidopsis thaliana. Воно містить ферменти, які бактерії використовують для виробництва пластиків. Бактерія створює пластик шляхом перетворення сонячного світла в енергію. Вчені перенесли ген, що кодує цей фермент, рослина, забезпечивши можливість виробництва пластику в клітинних процесах цієї рослини. Після збору врожаю пластик виділяється з рослини за допомогою розчинника. Що виходить в результаті цього процесу рідина піддається дистиляції для відділення розчинника від отриманого пластику.

Ринок біополімерів

Скорочення розриву між синтетичними полімерами і биополимерами

Близько 99% усіх пластмас проводиться або виходить з основних невідновлюваних джерел енергії, включаючи природний газ, нафту, нафту, вугілля, які використовуються у виробництві пластиків і в якості вихідних матеріалів, і як джерело енергії. В якийсь період сільськогосподарські матеріали вважалися альтернативним вихідною сировиною для виробництва пластмас, але вже більше десяти років вони не виправдовують очікувань розробників. Основною перешкодою для використання пластиків, виготовлених на основі сільськогосподарської сировини, стала їх собівартість і обмежені функціональні можливості (чутливість продуктів з крохмалю до вологи, ламкість полиоксибутирата), а також недостатня гнучкість при виробництві спеціалізованих пластикових матеріалів.

БІОПЛАСТИК: технології, ринок, перспективи (I частина)

Прогнозовані емісії CO2

Сукупність різних факторів, зліт цін на нафту, підвищення інтересу у всьому світі до відновлюваних ресурсів, зростання стурбованості у зв’язку з викидами парникових газів, особливу увагу до утилізації відходів відродили зацікавленість у биополимерах та ефективні способи їх виробництва. Нові технології вирощування та переробки рослин дозволяють скоротити різницю у вартості між биопластиками і синтетичними пластмасами, а також удосконалити властивості матеріалів (наприклад, Biomer веде розробку видів PHB (полигидрокибутират) з підвищеною міцністю розплаву для плівки, одержуваної екструзією). Зростаюча стурбованість екологічними проблемами та стимулювання на законодавчому рівні, зокрема, на території Євросоюзу, порушили інтерес до биоразалагающимся пластикам. Реалізація принципів Кіотського протоколу також змушує звернути особливу увагу на порівняльну ефективність біополімерів і синтетичних матеріалів з точки зору енерговитрат і викидів CO2. (Згідно з Кіотським протоколом Європейське Співтовариство зобов’язується за період 2008-2012 рр. знизити надходження парникових газів в атмосферу порівняно з рівнем 1990 р. на 8%, а Японія зобов’язується скоротити такі викиди на 6%).

За приблизними підрахунками пластики на основі крохмалю можуть заощадити від 0,8 до 3,2 тонн CO2 на тонну порівняно з тонною пластмаси, отриманої з органічного палива, при цьому даний діапазон відображає частку кополімерів на основі нафти, що використовуються в пластиках. Щодо альтернативних пластиків на основі масляних зерен економія викидів парникових газів в еквіваленті CO2 оцінюється в розмірі 1,5 тонн на тонну поліолів, виготовленого з ріпакової олії.

Світовий ринок биололимеров

протягом наступних десяти років очікується продовження швидкого зростання глобального ринку пластикових матеріалів, що спостерігається протягом останніх п’ятдесяти років. За прогнозами, сьогоднішнє споживання пластмас на душу населення у світі збільшиться з 24,5 кг до 37 кг в 2010 р. зростання визначається, насамперед, США, країнами Західної Європи та Японією, проте, очікується активна участь країн Південно-Східної і Східної Азії та Індії, які протягом зазначеного періоду повинні скласти біля 40% світового ринку споживання пластмас. Також очікується збільшення світового споживання пластмас з 180 мільйонів тонн сьогодні до 258 мільйонів тонн в 2010 році, при цьому істотне розвиток отримають всі категорії полімерів, так як пластики продовжують витісняти традиційні матеріали, включаючи сталь, дерево і скло. За деякими експертними оцінками за цей період биопластикам вдасться міцно зайняти від 1,5% до 4,8% загального ринку пластмас, що в кількісному відношенні складе від 4 до 12,5 мільйонів тонн в залежності від технологічного рівня розробок і досліджень в області нових биопластиковых полімерів. На думку керівництва компанії Toyota, до 2020 року п’ята частина світового ринку пластмас буде зайнята биопластиками, що еквівалентно 30 мільйонів тонн.

Маркетингові стратегії біополімерів

Розробка, уточнення і застосування ефективної маркетингової стратегії є найважливішим етапом для будь-якої компанії, яка планує вкладення значних коштів у біополімери. Незважаючи на гарантоване розвиток і зростання биополимерной промисловості, існують певні чинники, які не можна не враховувати. Наступні питання визначають маркетингові стратегії біополімерів, їх виробництва і науково-дослідної діяльності в цієї області:

— Вибір сегменту ринку (упаковка, сільське господарство, автомобільна промисловість, будівництво, цільові ринки). Вдосконалені технології обробки біополімерів забезпечують більш ефективне управління макромолекулярными структурами, що дозволяє новим поколінням «споживчих» полімерів конкурувати з більш дорогими «спеціалізованими» полімерами. Крім того, при наявності нових каталізаторів та вдосконаленої системи управління процесом полімеризації з’являється нове покоління спеціалізованих полімерів, створених для функціональних і структурних цілей і генеруючих нові ринки. Прикладами можуть стати біомедичні види застосування імплантатів в стоматології та хірургії, які швидко нарощують темпи свого розвитку.

— Базові технології: технології ферментації, рослинництво, молекулярна наука, виробництво сировини для вихідних матеріалів, джерел енергії або того й іншого, використання генетично змінених або змінених організмів у процесі ферментації і виробництва біомаси.

— Рівень підтримки з боку державної політики і законодавчого середовища в цілому: перероблені пластики певною мірою складають конкуренцію біорозкладаним полімерам. Урядові постанови і законодавчі акти, що відносяться до навколишнього середовища і переробці відходів, що можуть зробити позитивний вплив на збільшення продажів пластиків для різних полімерів. Виконання зобов’язань Кіотського протоколу, ймовірно, підвищить попит на певні матеріали на біологічній основі.

— Розвиток ланцюга поставок у фрагментованій індустрії біополімерів і комерційний ефект від економії за рахунок масштабу в порівнянні з удосконаленням властивостей продукції, при якому вона може бути реалізована за підвищеними цінами.

Біорозкладані полімери і полімери на основі, не містить нафти

Пластмаси з низьким рівнем впливу на навколишнє середовище

На ринку існує три групи біорозкладаних полімерів. Це PHA (фітогемаглютинін) або PHB, полилактиды (PLA) і полімери на основі крохмалю. Іншими матеріалами, що мають комерційне застосування в області біорозкладаних пластиків, є лігнін, целюлоза, полівініловий алкоголь, полі-о-капролактон. Існує чимало виробників, що випускають суміші біорозкладаних матеріалів, або для поліпшення властивостей цих матеріалів, або для скорочення виробничих витрат.

Для вдосконалення технологічних параметрів і підвищення ударної в’язкості PHB і його сополімери змішуються з цілим рядом полімерів з різними характеристиками: биоразлагаемыми або неразлагаемыми, аморфними або кристалічними з різною температурою розплаву і склування. Суміші також використовуються для поліпшення властивостей PLA. Звичайні PLA багато в чому поводяться так само, як полістироли, проявляючи ламкість і низьке подовження на розрив. Але, наприклад, добавка 10-15% Eastar Bio, біорозкладаного нафтопродукту на основі поліестеру виробництва компанії Novamont (в минулому, Eastman Chemical), значно підвищує в’язкість і, відповідно, модуль пружності при згині, а також ударну в’язкість. Для поліпшення биоразлагаемости при одночасному зниженні собівартості та збереження ресурсів можливе змішування полімерних матеріалів з природними продуктами, наприклад, крохмалями. Крохмаль являє собою полукристаллический полімер, що складається з амілази і амілопектину з різними коефіцієнтами в залежності від рослинної сировини. Крохмаль розчиняється у воді, а використання агентів, поліпшують сумісність, може мати принципове значення для успішного змішування цього матеріалу з гідрофобними полімерами, несумісними при інших умовах.

Порівняння властивостей биопластиков з традиційними пластиками

Короткий опис статті: виробництво пластмас БІОПЛАСТИК: технології, ринок, перспективи (I частина) Хімія, маркетинг, аналітика, ЗМІ, маркетингові дослідження, огляди ринків, галузева статистика, полімери, продукти оргсинтеза

Джерело: БІОПЛАСТИК: технології, ринок, перспективи (I частина)

Також ви можете прочитати