3.Biologik kelib chiqadigan plastmassalar
Barcha polimerlar va plastmassalarning 99% dan ortig'i neft, gaz yoki ko'mirdan tayyorlanadi. Shunday qilib, bizni o'rab turgan barcha narsalar — qadoqlash, qurilish materiallari, avtomobil qismlari, matolar, elektron qurilmalar — qayta tiklanmaydigan manbalardan tayyorlangan. Biroq, yigirmanchi asrning 60-yillarida polimer materiallar makkajo'xori, kartoshka kraxmal, bug'doy, shakarqamish va boshqalardan olishni o'rgandilar, ammo texnologik xususiyatlari jihatidan ular uglevodorod polimerlaridan past edi va ular qimmat edi. Biroq, so'nggi yillarda o'simliklardan polimerlar ishlab chiqarish keskin o'sdi va buning bir qancha sabablari bor. Neft narxi va uning zaxiralari tugab borayotgani haqida hamma allaqachon tushungan. Ammo bundan tashqari, sanoatchilar va jamoatchilik har qanday ishlab chiqarishda CO2 emissiyasini hisoblashni boshladilar, o'simlik plastmassalari sintetik xususiyatlarga tenglashdi va butun dunyoda "yashil"moda bo'ldi. Ko'pgina mutaxassislarning fikriga ko'ra, bioplastikalar bumni boshdan kechirmoqda.
Birinchidan, biz atamalar to'g'risida qaror qabul qilamiz. Biopolimerlar tabiatda uchraydigan va tirik organizmlarning bir qismi bo'lgan bir xil bo'g'inlardan tashkil topgan uzun molekulalar — oqsillar, nuklein kislotalar, polisakkaridlar va boshqalar. Ammo endi biz ular haqida emas, balki o'simlik materiallaridan tayyorlangan polimerlar haqida gaplashamiz — ular bioplastikalar deb ataladi. Shu bilan birga, ularning "tabiiy" kelib chiqishi va "bio" prefiksi bilan nomlanishi ularning barchasi biologik parchalanadigan va atrof-muhit uchun xavfsiz degani emas.
Bu muhim nuqta. Masalan, ular 200 yildan ortiq vaqt davomida tuproqda parchalanmaydigan va biologik parchalanadigan kuchli polimerlarni uglevodorod xom ashyosidan olishni o'rgandilar-ular tarkibida maxsus qo'shimchalar mavjud, buning natijasida Gost 180 kun ichida o'simliklar uchun toksik bo'lmagan tarkibiy qismlarga bo'linadi (shuning uchun ular ko'pincha bioplastikalar deb ham ataladi). Va o'simliklardan siz oddiy polimerlar (etilen, amid va boshqalar) ishlab chiqariladigan standart bloklarni yoki biologik parchalanadigan plastmassalarni olishingiz mumkin. Aytaylik, qadoqlash uchun ishlatiladigan polietilen gidroliz va keyinchalik shakar qamishidan shakarni fermentatsiyalash yo'li bilan olinadi; to'qimalarni tayyorlash uchun ishlatiladigan poliamid Kastor yog'idan chiqariladi va Kastor o'simlikidan olinadi. Va bu ikkala polimer ham neftdan tayyorlangan hamkasblaridan farq qilmaydi. Faqatgina farq shundaki, kelgusi yil xom ashyo yana dalada o'sadi. Yoki dengizda-axir, xom ashyo hayvonlardan kelib chiqishi mumkin, masalan, xitosan (ba'zi plastmassalarga qo'shiladi) qisqichbaqasimonlar qobig'ining xitinidan olinadi.
Misrdan plastik sut shishasini qanday tayyorlash mumkin? Maxsus navlar etishtiriladi (asosan makkajo'xori, bug'doy, kartoshka, shakarqamish va lavlagi biomassaga ketadi), keyin ular yig'ib olinadi, kraxmal (polisakkaridlar) yoki shakar biomassadan olinadi. Agar bu yog'li ekinlar (Kastor yog'i, soya, kolza) bo'lsa, unda triglitseridlar ajralib chiqadi — glitserin esterlari. Keyin tozalash va qayta ishlash boshlanadi, bu nafaqat kimyoviy bosqichlarni, balki biotexnologiyani ham o'z ichiga oladi — fermentlar va mikroorganizmlar ishtirokida. Har bir yakuniy mahsulot o'z texnologik zanjiriga mos keladi. Yakuniy mahsulot yoki keyingi polimerizatsiya uchun monomer (bu oddiy etilen, amid, efir, sut kislotasi bo'lishi mumkin) yoki keyingi modifikatsiya qilish uchun mos bo'lgan sof tabiiy biomolekula (masalan, kraxmal).
Agar oxirgi bosqichda oddiy polietilen (yoki shunga o'xshash narsa) olingan bo'lsa, uni neftdan olingan polietilen bilan aralashtirish oson. Bu ko'pincha yirik kompaniyalar tomonidan amalga oshiriladi, bunday plastmassa uchun maxsus yorliq yoki nom (Polyethylene Green va boshqalar) kiritiladi. Shishada bioplastika emblemasini ko'rsangiz, bu monomerning polimer tarkibidagi qismi biomassadan olinganligini anglatadi. Masalan, 2009 yilda Coca-Cola kompaniyasi" o'simlik shishasi "ni ishlab chiqardi, ammo hozirgacha polimerning atigi 30 foizi biomassadan olingan, volvik (ichimlik suvi ishlab chiqaruvchisi) esa atigi 20 foizni tashkil etadi. So'nggi moda tendentsiyalarini hisobga olgan holda, bu yaxshi reklama harakati sifatida baholanishi mumkin.
An'anaviy polimerlar nimadan yasalgan bo'lsa ham, yo'q qilish muammosi saqlanib qolmoqda. Hozirgi tendentsiyalarga ko'ra, Kastor yog'idan olingan poliamid yoki biomassadan olingan polietilen va polietilen tereftalat, xuddi neft analoglari kabi, to'planishi va qayta ishlashga yuborilishi kerak. Agar qayta ishlash va qayta ishlatish mumkin bo'lmasa, ular yoqib yuboriladi.
Ba'zi kompaniyalar an'anaviy polimerlarni tabiiy molekulalar bilan aralashtirish orqali boshqacha yo'l tutishadi. Masalan, Roquette bug'doy kraxmalini hidrofobik guruhlarga tikib o'zgartirdi va uni polietilen yoki polipropilenga qo'shishni boshladi. Bu kosmetika uchun qadoqlash, yogurt stakanlari va hatto avtomobil panellari uchun tayyorlangan kompozit materialga aylanadi.
Allaqachon ma'lum bo'lgan monomerlarni ko'paytirish unchalik qiziq emas, ayniqsa neft yoki gazdan ular hali ham arzonroq. Atrof-muhitga zarar etkazmaydigan yangi narsalarni yaratish qiziq. Shu sababli, ko'plab tadqiqotchilar o'simlik xom ashyosidan olingan biologik parchalanadigan plastmassalarga joylashdilar — aslida ular butun bioplastika bozorining 80 foizini tashkil qiladi. "Biologik parchalanadigan" nomi hammasini aytadi-yuqorida aytib o'tilganidek, olti oy ichida tuproq mikroorganizmlari ularni kompostda ham ishlatilishi mumkin bo'lgan maksimal 10% qoldiq bilan suv, karbonat angidrid yoki metanga aylantiradi. Bozorda bunday biologik parchalanadigan bioplastikalar juda ko'p va ularning texnologik xususiyatlari spektri allaqachon an'anaviy polimerlarni deyarli to'sib qo'ygan. Ularni shartli ravishda quyidagi katta guruhlarga bo'lish mumkin: polilaktidlar (PLA), ya'ni shakar moddalarining sut kislotasi fermentatsiyasidan keyin hosil bo'lgan sut kislotasiga asoslangan polimerlar; polihidroksialkonoatlar (PGA) — mikroorganizmlar tomonidan o'simlik shakarini qayta ishlash mahsulotlari; va kraxmalga asoslangan materiallar. Lignin, tsellyuloza, polivinil spirt, kaprolakton va boshqalar asosida tayyorlangan materiallar ham mavjud.
Kraxmal, ehtimol biologik parchalanadigan materiallar uchun eng keng tarqalgan xom ashyo bo'lib, ixtisoslashgan korxonalarning 30% dan ortig'i u bilan ishlaydi. Albatta, uning o'zi juda mo'rt, ammo agar siz unga o'simlik plastifikatorlari (glitserin, sorbitol), zig'ir tolalari, Kenevir yoki makkajo'xori yoki lavlagi olingan sut kislotasi polimerini qo'shsangiz, bu mexanik kuch va egiluvchanlikni oshiradi. Hidrofilik oh guruhlarini o'zgartirish uni namlikka chidamli qiladi. Shunday qilib, kraxmal nafaqat plomba sifatida ishlatiladi, balki uni o'zgartiradi, shundan so'ng polimer olinadi, u atrof muhitda parchalanadi, lekin ayni paytda tijorat uchun foydali mahsulot xususiyatlariga ega.
O'zgartirilgan kraxmaldan tayyorlangan mahsulotlar oddiy plastmassa bilan bir xil uskunada ishlab chiqariladi, uni bo'yash mumkin. To'g'ri, uning texnologik xususiyatlari hali ham o'rnini bosishi mumkin bo'lgan polietilen va polipropilendan past. Va shunga qaramay, kraxmaldan oziq-ovqat palletlari, qishloq xo'jaligi plyonkalari, qadoqlash materiallari, vilkalar pichoqlar, sabzavot va mevalarni saqlash uchun to'rlar va boshqalar allaqachon tayyorlangan.
Makkajo'xori yoki boshqa biomassa shakarlarini fermentatsiyadan so'ng olingan polilaktidlar yoki sut kislotasi polimerlari (PLA) ham juda keng qo'llaniladi. Turli mamlakatlarda biologik parchalanadigan plastmassalar yoki ularning aralashmalarini ishlab chiqaradigan 80 ta tashkilotdan PLA asosidagi polimerlar kompaniyalarning taxminan 20 foizini tashkil qiladi. Aslida, PLA ko'pincha yaxshi biologik parchalanish va ishlab chiqarish rentabelligi uchun kraxmal bilan aralashtiriladi. Polilaktidlar yorqin va shaffofdir, shuning uchun ular polistirol va polietilen tereftalat bilan raqobatlasha oladi. Ular qisqa umrga ega mahsulotlarni ishlab chiqaradilar: meva va sabzavotlar, tuxum, mazali mahsulotlar va xamir ovqatlar uchun qadoqlash, shuningdek jarrohlik iplari, ular dori vositalarini etkazib berish vositasi sifatida ishlatiladi. Sandviçlar, lolipoplar va gullar polilaktid plyonkalarga qadoqlangan. Suv, sharbatlar, sut mahsulotlari uchun PLA idishlari m
avjud.
Yana bir guruh, polihidroksi-alkanoatlar (PGA) uchinchi eng muhim biologik parchalanadigan polimerlardir (sanoat miqyosida PGA kompaniyalarning taxminan 8% tomonidan ishlab chiqariladi). Ushbu oilaning eng muhim vakillari-polihidroksibutirat (PGB) va polihidroksivalerat (PGV) ham shakarlardan olinadi. Ular qadoqlash va to'quv bo'lmagan materiallar, bir martalik salfetkalar va shaxsiy gigiena vositalari, plyonkalar va tolalar, bog'lovchi moddalar va qoplamalar, qog'oz va karton uchun suv o'tkazmaydigan qoplamalar tayyorlash uchun ishlatiladi.
Umuman olganda, bioplastiklarning taxminan 60% qadoqlash uchun ishlatiladi va nafaqat biologik parchalanadi. Ushbu polimerlar bir martalik idishlarni ishlab chiqarishda, qishloq xo'jaligida (ekran himoyachilari), elektronikada (ulagichlar, kompyuter qobig'i, zaryadlovchi qurilmalar, mobil telefonlar, klaviaturalar) ham qo'llaniladi. Barcha yangi ilovalar paydo bo'lmoqda.
"Bio"deb nomlangan plastmassa ishlab chiqarishning o'sish dinamikasi (ming tonna). Bunga o'simlik materiallaridan olingan, ammo biologik parchalanmaydigan (ustunlarning yuqori qismi) va barcha biologik parchalanadigan plastmassalar, shu jumladan uglevodorodlardan (ustunlarning pastki qismi)olingan plastmassalar kiradi.
Parchalanadigan bioplastikalar tibbiyotda keng qo'llaniladi. Biomolekulalardan tayyorlangan polimerlar inson to'qimalariga yaxshiroq mos keladi va "an'anaviy" plastmassalarga qaraganda osonroq eriydi. Masalan, nemis jarrohlari polilaktid jarrohlik vintlarini sinovdan o'tkazdilar. Ular ikki yildan keyin eriydi va bemorlar endi metall pinlar bilan sodir bo'lganidek, qayta ishlashlari shart emas. Qo'shma Shtatlar biologik parchalanadigan polimer aralashmalaridan tibbiy implantlarni tekshirmoqda, masalan, tizza xaftasini tiklash uchun. Va yaponlar yaqinda o'nlab nanometr qalinlikdagi deyarli shaffof yopishtiruvchi plyonkani bozorga chiqardilar. U xitosandan qilingan va ichki yaralarni tezda davolash uchun mo'ljallangan. Nazariy jihatdan, u tibbiy iplar yoki shtapellarni almashtirishi mumkin.
Bioplastiklarning barcha ishlab chiqaruvchilari ta'kidlagan afzalliklaridan biri shundaki, ular atrof-muhitga karbonat angidrid chiqindilarini sezilarli darajada kamaytiradi. Bu xom ashyoga bog'liq, chunki biomassa atmosferadan karbonat angidridni yutishi tufayli o'sadi. Va hatto o'simliklardan tayyorlangan parchalanmaydigan plastmassalar tsikl oxirida yonib ketsa ham, atmosferaga faqat hayot davomida yutgan karbonat angidrid kiradi. Taxminan hisob-kitoblarga ko'ra, faqat kraxmalga asoslangan plastmassalar organik yoqilg'idan olingan polietilenga nisbatan bir tonna mahsulot uchun 0,8 dan 3,2 t CO2 gacha tejashga qodir. PLA ishlab chiqarishda atmosferaga neftga asoslangan polimerlar ishlab chiqarishga qaraganda karbonat angidridning yarmi chiqariladi. Bioplastikalar haqidagi har qanday maqolada bunday raqamlar alohida optimizm bilan ta'kidlangan.
Albatta, qayta tiklanadigan xom ashyo minerallarga bog'liqlikni kamaytiradi va bu juda yaxshi. Biroq, etishtirilgan biomassa oziq-ovqat ekinlari bilan raqobatlashmaydimi? Bu nazariy tashvishlar kabi ko'rinadi. Bugungi kunda bioyoqilg'i va kimyoviy mahsulotlar ishlab chiqarishga ketadigan biomassa inson tomonidan ishlatiladigan barcha biomassaning 5% dan ko'p emas. Tarqatish quyidagicha: biomassaning 62% qishloq xo'jaligi ekinlari (oziq — ovqat), 33% isitish, qurilish, mebel va qog'oz uchun o'rmon, qolgan 5% esa to'qimachilik, kimyo. So'nggi paytlarda bioplastika ishlab chiqarishning faol o'sishi bilan ham bu nisbat sezilarli darajada o'zgarishi dargumon. Umuman olganda, biz raqobat haqida gapirmayapmiz. Bundan tashqari, hozirda ko'plab ishlab chiqaruvchilar qishloq xo'jaligi chiqindilari va yog'ochni qayta ishlashdan qolgan tsellyulozadan bioplastikalar ishlab chiqarishga intilmoqda.
O'simliklardan polimerlarni olish texnologiyasi bir necha o'n yillar oldin paydo bo'lgan, ammo aniq sabablarga ko'ra ularni ishlab chiqarish uzoq vaqt davomida boshlang'ich bosqichida bo'lgan. Ko'pgina mutaxassislar ta'kidlaganidek, so'nggi yillarda ushbu sohaning aniq tiklanishi kuzatilmoqda. 2010 yilda 724 ming tonna bioplastika (shu jumladan uglevodorod xom ashyosidan biologik parchalanadigan plastmassalar) ishlab chiqarildi, bu global plastmassa ishlab chiqarish bozorining taxminan 0,2 foizini (yiliga 250 million tonna) tashkil etadi. Endi bu sektor avvalgisiga nisbatan ancha tez o'sib bormoqda. Buning sabablari, yuqorida aytib o'tilganidek, nafaqat neft narxining oshishi va tabiiy resurslarning tugashi, balki texnologiyaning rivojlanishi va yangi materiallarning paydo bo'lishi. Bundan tashqari, sanoatchilarning o'z imidjini "ko'kalamzorlashtirish" istagi aniq.
|
