تولید پلاستیک سبز (بیو پلاستیک)

تولید پلاستیک سبز توسط فرایند بیولوژیکی

پلاستیک‌ها، پلیمرهایی هستند که از سنتز مواد اولیه‌ای به نام مونومر تهیه می‌شوند. مونومرها موادی سمی و برای سلامت انسان مضر هستند؛ در حالی که پلیمرها خنثی هستند و مشکلی ندارند. اما اشکال کار اینجاست که معمولاً در فرایند تهیه پلیمرها مقداری مونومر باقی می‌ماند. اگر این فرآیند اصولی و مطابق استانداردهای لازم صورت گرفته باشد، مشکلی برای سلامت افراد به وجود نمی‌آورد. برای همین در استفاده از پلاستیک‌ها به عنوان ظروف غذا باید بسیار محتاط بود و در ضمن به هرنوع پلاستِیکی نباید مجوز بسته بندی مواد غذایی داده شود.

در حال حاضر به دلیل استفاده غیرمجاز از پلیمرهاى بدون پایه food grade در بسته بندى و نگهدارى مواد غذایى، شناسایى صحیح این محصولات توسط مردم تا حدودى با مشکل رو به رو شده است. وزارت بهداشت در این راستا سعى کرده است کارخانه هاى تولیدکننده ظروف یک بار مصرف را از کارخانجات تولیدکننده قطعات پلاستیکى در مصارف صنعتى تفکیک کند. ضمن اینکه کارخانه هاى تولیدکننده ظروف پلاستیکى براى مواد غذایى باید پروانه ساخت داشته باشند.

  مزایا :  

1- دارای مقاومت به مواد الکلی
۲-  صرف انرژی کمتر برای تولید
۳- قابلیت شکل پذیری بالا با گستردگی متفاوت خواص فیزیکی
۴- طرح پذیری
۵- شفاف بودن

مهمترین معایب:

۱ – اشکال در بازیافت آنها و مخاطرات محیط زیست
۲ – انتقال مواد مضر ( مونومر ها) به غذا در شرایط خاص
۳ – قابل استفاده در ماکروویو نمی باشد.

مناسب بودن پلاستیک ها در کاربردهاى غذایى:

تمامى پلیمرها از نوع دست اول تا آنهایى که بازیافتى بوده و همچنین ظروف پلاستیکى حتماً باید قبل از استفاده در صنعت غذایى تحت آزمون Food grade قرار بگیرند. این آزمون تحت استانداردهاى اتحادیه اروپا (EEC) و آمریکایى (FDA) انجام مى شود. با انجام آزمون هایى که در اداره کل آزمایشگاه هاى کنترل غذا و دارو نیز قابل اجرا هستند میزان مهاجرت مواد سازنده پلیمرها به سمت مواد غذایى مشابه سنجیده مى شود. در واقع وزارت بهداشت مقاومت و میزان مهاجرت مواد سازنده پلیمرها را در حلال ها یا محلول هاى مشابه مواد غذایى مى سنجد.

دلیل اصلی تولید این مواد در کشور به‌رغم زیان‌بار بودن مصرف آنها:

متاسفانه استاندارد ظروف یک‌بار مصرف اجباری نیست، واحدهای تولیدی می‌توانند بدون مجوز به تولید اقدام کنند. در این زمینه باید تقاضای اجباری شدن استاندارد ظروف یک‌بار مصرف به مؤسسه ارایه شود تا در این مورد تصمیم‌گیری شود، اما متأسفانه تاکنون هیچ تقاضایی نشده است.

هم اکنون پنج هزار کارخانه و کارگاه تولید ظروف یک‌بار مصرف در کشور وجود دارد، این در حالی است که تنها 300 کارخانه از این تعداد مجوز تولید این ظروف را دارند و مشخص نیست، مابقی این کارخانه‌ها از چه موادی و چگونه نسبت به تولید این ظروف اقدام می‌کنند.

غریبگی ظروف یکبار مصرف با طبیعت:

 انباشته شدن این مواد در طبیعت به خصوص در پارک های جنگلی و سواحل، از نظر دیداری باعث نازیبایی مناظر و در نتیجه ناراحتی  و کاهش بازدید کننده ها و کم شدن درآمد اقتصادی مناطق می شود.

در حال حاضر بسیاری از کشورها به ویژه کشورهای اروپایی با به کار بستن روش های جانشین سعی کرده اند استفاده از ظروف یکبار مصرف را به حداقل برسانند. کاربرد پلیمرهای گیاهی جهت تولید ظروف یکبار مصرف و به کارگیری کیسه های پارچه ای به جای کیسه های نایلونی در هنگام خرید نمونه ای از این روش ها است.

بیو پلاستیک (پلاستیک سبز )

پلاستیک اغلب از نفت حاصل می شود، که به سوخت های فسیلی و انتشارگازهای گلخانه ای مضر مرتبط می شود. دانشمندان در تلاش هستند تا روش های جدید و تجدید پذیر برای ایجاد پلاستیک از بیوماس بکار ببرند که قابل انعطاف و تجزیه در طبیعت را داشته باشد.

وقتی John Wesley Hyatt در سال 1869 نخستین پلاستیک صنعتی را به ثبت رساند، قصدش این بود که جایگزینی برای عاج فیل که برای ساخت کلید پیانو استفاده می شد، ایجاد کند. اما نحوه ی ساختن اولیه این پلاستیک موجب انقلابی در تفکرات مردم در مورد ساخت و ساز شد: اگر ما محدود به مواد طبیعت نباشیم، چه چیزی برای ماده اولیه ی تولید پلاستیک پیشنهاد می شد؟

بیش از یک قرن بعد، پلاستیک ها بخشی فراوانی از زندگی روزمره شدند. اما این پلاستیک ها اغلب از نفت حاصل می شود، که باعث وابستگی به سوخت های فسیلی و راندن گازهای گلخانه ای مضر اند. برای تغییر این، دانشمندان مرکز تحقیقات بیوانرژی دریاچه های بزرگ (GLBRC) تلاش می کنند و در حال توسعه روش های جدید برای تولید پلاستیک از زیست توده و ایجاد پلاستیک قابل انعطاف و تجدید پذیر در طبیعت هستند.

با استفاده از یک حلال مشتق شده از گیاه به نام GVL (گاما-والرولاکتون)،در دانشگاه ویسکانسین- مدیسون،توسط استاد مهندسی شیمی و زیست شناسی جیمز دومیسیک و تیم او یک روش اقتصادی و پر سود برای تولید furandicarboxylic acid یا FDCA ایجاد کرده اند. که یکی از 12 ماده شیمیایی وزارت انرژی ایالات متحده برای ساختن یک صنعت شیمیایی «سبز» ضروری است؛ FDCA  ماده اولیه لازم برای پلاستیک تجدیدپذیر به نام PEF (یا پلی اتیلن فوراناته) و همچنین تعدادی از پلی استر و پلی اورتان ها است.

محققان یافته های خود را در 19 ژانویه 2018 در مجله Science Advances منتشر کردند.

به عنوان جایگزین زیستی برای PET (پلی اتیلن ترفتالات) – که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، پتروشیمی مشتق شده از نفت – PEF غنی از پتانسیل است. در حال حاضر تقاضای بازار PET تقریبا به 1.5 میلیارد تن در سال می رسد و کوکا کولا، فورد موتورز، هجی هاینز، نایک و پروکارت و گمبل همگی متعهد به ایجاد یک پت با مواد اولیه ی 100٪ گیاهی  که شامل بطری ها، بسته بندی، پوشاک و کفش است، می باشند. با این وجود، پتانسیل PEF برای رقابت قابل ملاحظه  در بازار ، با هزینه بالای تولید FDCA (ماده اولیه ی تولید)مواجه شده است.

Ali Hassain Motagamwala، دانشجوی فارغ التحصیل UW-Madison در مهندسی شیمی و بیولوژیکی و همکارانش، میگوید، تا کنون، تقریبا FDCA دارای حلالیت بسیار کمی در هر حلال ساخته شده ای است. “شما باید مقدار زیادی از حلال را برای دریافت مقدار کمی از FDCA استفاده کنید، و این فرآیند تولید با هزینه های جداسازی بالا و مواد زائد نامطلوب پایان می یابد.”

توسط Mutagamwala و همکاران، فرایند جدید با فروکتوز شروع می شود، که آنها در فرآیند دو مرحله ای به FDCA در یک سیستم حلال متشکل از یک بخش GVL و یک بخشی در آب تبدیل می شود. نتیجه نهایی مقدار زیادی از محصول FDCA است که به راحتی به عنوان یک پودر سفید از حلال در هنگام خنک سازی جدا می شود.

طبق گفته ی Mutagamwala: ” بسیاری از مشکلات تولید FDCA با استفاده از حلال GVL حل می شود. “شکر ها و FDCA هر دو حلالیت بالایی در این حلال دارند، شما مقدار زیادی محصول بدست می آورید، و به راحتی عمل جداسازی و بازیافت حلال انجام می شود.”

سایر ویژگی های این فرآیند اقتصادی بودن آن است و در این سیستم نیازمند اسیدهای معدنی پر هزینه برای کاتالیزور نیست، نمکهای زائد تولید نمیکند و شما می توانید به سادگی کریستالهای FDCA را با خنک کردن سیستم واکنش از حلال جدا کنید.

 تجزیه و تحلیل تکنولوژیکی این تیم نشان می دهد که این روند در حال حاضر می تواند FDCA را با حداقل قیمت فروش 1490 دلار در هر تن تولید کند. با بهبودی، از جمله کاهش هزینه مواد اولیه و کاهش زمان واکنش، قیمت می تواند 1310 دلار به ازای هر تن برسد که این امر باعث می شود که FDCA ظرفیت رقابت با برخی از پیش سازهای پلاستیکی حاصل از سوخت فسیلی   را داشته باشد.

Dumesic می گوید: “ما فکر می کنیم این روش رویکرد ساده و ارزان برای ساخت FDCA است که بسیاری از مردم در صنعت پلاستیک انتظار آن را دارند.” “امید ما این است که این تحقیق باعث شود درهای رقابتی بیشتری برای تولید پلاستیک های تجدید پذیر کم هزینه تر باز شود.”

بنیاد تحقیقات فارغ التحصیلان ویسکانسین در حال تلاش برای گرفتن مجوز تکنولوژی GVL برای استفاده در تولید بیوپلاستیک است.

یک کریستال فورادیکاربوکیلیک اسید، یا FDCA، یک پیش ماده پلاستیکی که به جای نفت، با زیست توده تولید شده است.

اعتبار: تصویر UW-Madison توسط علی حسین متقامولا و جیمز راند

Source:

Materials provided by University of Wisconsin-Madison. Original written by Krista Eastman. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

1. Ali Hussain Motagamwala, Wangyun Won, Canan Sener, David Martin Alonso, Christos T. Maravelias, James A. Dumesic. Toward biomass-derived renewable plastics: Production of 2,5-furandicarboxylic acid from fructose. Science Advances, 2018; 4 (1): eaap9722 DOI: 1126/sciadv.aap9722