Pod pojem bioplasty se časem zahrnulo tolik různorodých materiálů, že je nejvyšší čas k jejich rozlišení a zhodnocení koncepcí.
Bioplasty na rozcestí
Shodně se nazývají plasty původem z biomasy jako obnovitelného zdroje a plasty, jejichž konečnou funkcí je biologické odbourání.
Surovinový koncept a funkční koncept však nelze zaměňovat či ztotožňovat, existují biologicky neodbouratelné plasty z biomasy a biologicky odbouratelné plasty fosilního původu.
Rozsáhlá rodina bioplastů pokrývá materiály od přírodního původu z celulózy, škrobu a mléka až po syntetické plasty, polymery, kopolymery a blendy, kde jeden či více monomerů je nově vyráběno z biomasy, např. z kukuřice. Objem poptávky je malý; v Evropě jen 0,05 mil. t/r (kapacita asi 0,27 mil. t/r) při celkové spotřebě plastů 48,5 mil. t/r v roce 2005. Důvody jsou neinformovanost, nesplněná očekávání, cena a nedostatečná ekonomická atraktivita.
Jsou i legislativní cesty k prosazení bioplastů. Americký program Federal Biobased Products Preferred Procurement Program ukládá federálním úřadům preferovat při nákupu biologické produkty včetně plastů. Pokud jde o jejich původ, vztahuje se mimo USA i na země, s nimiž mají obchodní dohody o poskytování nejvyšších výhod. Původ ze zemí NAFTA a CAFTA se považuje za domácí.
BIOLOGICKY ODBOURATELNÉ PLASTY
Schopnost biologicky odbouratelných plastů (BOP) na konci životního cyklu, vyjádřená v podstatě jejich kompostovatelností, rozkladu na CO2, vodu a biomasu, příp. metan, byla dlouhou dobu jediným viděním existence plastů jako ekologicky přátelského materiálu. Tento pohled se však mění s růstem tlaku na omezování emisí skleníkových plynů, především CO2, ze všech zdrojů i z BOP. Znamená mj. nenavrhovat BOP k užití za každou cenu, ale v aplikacích oprávněných ze všech hledisek a tam, kde lze odbourání dosáhnout. I opodstatněné užití BOP na potravinářské obaly, kde mj. šetří náklady na třídění, má své problémy.
Obalové plasty označené jako BOP a kompostovatelné podle EN 13432 (viz rámeček) se považují za kompostovatelné v průmyslových podmínkách při teplotách kolem 60°C; při domácím kompostování se těchto teplot nedosahuje, podobně jako u odpadků z obalů ve volné přírodě. Proto se neodbourávají podle očekávání. Podobně by měly být mulčovací fólie z BOP přizpůsobeny skutečným podmínkám odbourávání v půdě. Různá provedení BOP by tak měla být upravena na míru biologickým prostředím, v nichž by mělo odbourání proběhnout.
Obaly určené a certifikované pro kompostování také mají nést logo European Bioplastics podle EN 13432 s nápisem "kompostovatelný" v národních jazycích. Z evropských zemí se roku 2006 dohodly na jeho užívání Německo, Nizozemsko, Polsko, Švýcarsko a Velká Británie.
Ze všech BOP pochází pouze 13 % z biomasy, 12 % je fosilního původu a 75 % má kombinovaný bio/fosilní původ. Některé plně fosilní plasty jsou 100% biodegradabilní, např. kopolyester 1,2-ethandiolu a adipové kyseliny. Enzymy si přitom nevybírají podle původu polymeru, ale podle chemického složení a struktury.
BIOMASA JAKO OBNOVITELNÁ SUROVINA PLASTŮ
V současnosti se více než 99 % plastů vyrábí z fosilních surovin, převážně z ropy, plynu, uhlí i recyklovaných plastů a jejich cenu ovlivňují politická a environmentální rizika. Pěstování biomasy může být pro zemědělství atraktivní, pokud bude ekonomicky a technologicky schůdné. Použití biomasy jako zdroje bioplastů má v podstatě dvě cesty přístupu na trh a jejich proniknutí je otázka ceny.
První je biologická syntéza monomerů pro výrobu nových plastů nebo biologická syntéza nových polymerů, kde je příkladem výroba PLA plastu polymeru na bázi polymléčné kyseliny. Z plastu Terramac (PLA) vyztuženého kenafovým vláknem podobným jutě japonské firmy Unitika vyrobila japonská firma NTT DoCoMo první elektronický výrobek - "véčkové" pouzdro mobilu Foma N701iECO, když DVD disky z PLA jsou známy již od roku 2004.
Druhou je biologická syntéza známých monomerů nebo meziproduktů, doplňující nebo nahrazující fosilní zdroje. Příkladem je ethanol (biolíh) pro výrobu polyethylenu nebo biovýroba 1,3-propandiolu náhradou za fosilní pro plasty DuPont Sorona (PTT - polytrimethyltereftalát) nebo Hytrel (TPE - termoplastický elastomer).
Největší efektivnost zhodnocení biomasy mají bioplasty s nejvyšším výkonnostním profilem a šíří aplikací, jak ukazuje srovnání pevnosti skleněným vláknem vyztuženého plastu Sorona, PLA plastu a polymeru na bázi škrobu. Polyesterový plast Sorona bude vyráběn nejdříve jako vlákna a později i jako automobilový plast v podobném sortimentu jako PET a PBT. Právě zde stojí bioplasty na rozcestí. Cena biomasy stále roste; díky zájmu o biolíh se cena kukuřice zvýšila za 10 let o 200 % a osetá výměra v USA o 18 %. Je efektivnější vyrábět z biomasy levný jednoduchý škrobový plast, byť biodegradabilní, nebo výkonnější PLA na nápojové láhve, či monomer původně syntetického výkonného a dražšího plastu, jenž vrátí energii za delší dobu a jehož emise CO2 jsou stejné?
MOŽNÁ OMEZENÍ
Pro pěstování biomasy pro bioplasty v objemu dosavadní spotřeby 0,05 mil. t/rok nepředstavuje potřebná výměra půdy problém. V roce 2004 bylo odhadnuto, že v Evropě má asi 15,4 mil. t/rok plastů potenciál náhrady bioplasty. To si vyžádá asi 5 mil. ha půdy (asi 4-5 % celkové výměry). Podle plánů EU má být k roku 2020 nahrazeno 20 % všech energetických paliv (asi 75 mil. t/rok) biopalivy, což předpokládá až 60 mil. ha na pěstování plodin pro výrobu řepkové bionafty (výnos asi 1,4 t/ha u bionafty) či biolihu nebo biobutanolu ze zrna. Pro možnou kolizní situaci se nepředpokládá zavedení kvót na produkci biomasy pro plasty, jediným efektem by byl růst cen. Omezováním produkce cukru se v Evropě uvolňují plochy pro pěstování biomasy na biopaliva a možná i bioplasty.
Zatím se však EU cíl nasazení biopaliv nepodařilo splnit; v roce 2005 bylo v dopravě zavedeno pouze 1,5 % místo 2 %. Podle údajů EU překročilo cíl pouze Švédsko se 3 %, ČR se 2,6 % a Rakousko se 2,5 %. Dalších 11 zemí kvótu 2 % splnilo, mj. např. Německo, Francie a Slovensko; V. Británie dosáhla jen 0,3 %.
PLASTY ŠETŘÍ ENERGII A EMISE SKLENÍKOVÝCH PLYNŮ
Bez ohledu na původ plasty využívají zdroje velmi efektivně. Plastové pěny, v drtivé většině fosilního původu (zbytek jsou PUR pěny nejčastěji vyráběné ze sóji), svou vysokou izolační schopností při nízké hmotnosti šetří obrovská množství energie a emisí ve vytápění budov. Lehké konstrukce dopravních prostředků mají nižší spotřebu paliv a nižší produkci emisí nejen CO2, ale i SO2, NOX, CO, uhlovodíků a přízemního ozónu. Přesto je to málo! EU požaduje zásadní technické úpravy automobilů pro výrazné snížení emisí CO2.
Asociace Plastics Europe udává, že jen v Evropě ušetřilo použití plastů ekvivalent 22 mil. t ropy ročně a snížilo emise CO2 o 97 mil. t. (2006). Z celkové spotřeby ropy se přitom 87 % spálí a 13 % zpracuje. Právě na plasty zpracovaná část má delší životní cyklus v hodnotové analýze životního cyklu (LCA). Ten lze ještě zvětšit materiálovou nebo surovinovou recyklací. Část odborníků se shoduje v tom, že pro vysoký energetický obsah nerecyklovatelného plastového odpadu včetně bioplastů by mělo dostat přednost vrácení energie před kompostováním.
Síla plastů jako materiálu spočívá i v jejich mnohotvárnosti, schopnosti výběru na míru podle aplikace a jako prostředku inovací. U plastů z biomasy také v rozšíření surovinové základny. Rozhodnutí o volbě bioplastů má přihlížet k podloženým odborným kritériím a s přístupem na základě hodnotové analýzy LCA. Nemělo by vést k diskriminaci tradičních plastů na základě pochybných environmentálních výhod. Skutečnost, že plast je z biomasy nebo biologicky odbouratelný, neznamená, že je automaticky výhodnější pro životní prostředí než plast fosilního původu.
AUTOR: Alexandr Abušinov
VYBRANÉ KOMERČNÍ BIOLOGICKY ODBOURATELNÉ PLASTY
Obchodní název Výrobce Země Polymer - základ
ARBOFORM Tecnaro DE ligninový termoplast
BAK Bayer MaterialScience DE alif. polyester
BIOPOL ICI/MBL GB PHB/PHV-kopolymer
BIOCEL Batelle/Tubize Plastics US plast. diacetát celulózy
BIOCETA Mazzuchelli IT plast. diacetát celulózy
BIOFLEX FkuR DE PLA
BIOGRADE FkuR DE celulózový blend
BIOMAX DuPont US bioPET
BIONELLE Showa JP alif. polyester
BIOPHAN Treofan DE PLA
EASTAR BIO Eastman Chemical US alif.-arom. kopolyester
ECOFLEX BASF DE alif.-arom. kopolyester
ECOLAN, ECOSTAR St. Lawrence Group US polyolefin/škrob-blend
ECOPOL Econeer KR alif.-arom. Kopolyester
ECOVIA BASF DE PLA/alif.-arom. kopolyester
FIBROLON FkuR DE PE/ celulózové vlákno
GALACID GALACTIC BE PLA
MATER-BI Novamont IT škrob/polykaprolakton
METABOLIX PHA Metabolix US PHA/PHB
NATURE FLEX NM Innovia Films GB biocelulóza
NATURE WORKS Cargill Dow US PLA
NODAX Procter&Gamble US PHA
ORIGI-BI Novamont IT alif. polyester
TERRAMAC Unitika JP PLA
TONE Union Carbide US polykaprolakton
TRANSPARIT Wolff Walsrode DE regenerovaná celulóza
Surovinový koncept a funkční koncept však nelze zaměňovat či ztotožňovat, existují biologicky neodbouratelné plasty z biomasy a biologicky odbouratelné plasty fosilního původu.
Rozsáhlá rodina bioplastů pokrývá materiály od přírodního původu z celulózy, škrobu a mléka až po syntetické plasty, polymery, kopolymery a blendy, kde jeden či více monomerů je nově vyráběno z biomasy, např. z kukuřice. Objem poptávky je malý; v Evropě jen 0,05 mil. t/r (kapacita asi 0,27 mil. t/r) při celkové spotřebě plastů 48,5 mil. t/r v roce 2005. Důvody jsou neinformovanost, nesplněná očekávání, cena a nedostatečná ekonomická atraktivita.
Jsou i legislativní cesty k prosazení bioplastů. Americký program Federal Biobased Products Preferred Procurement Program ukládá federálním úřadům preferovat při nákupu biologické produkty včetně plastů. Pokud jde o jejich původ, vztahuje se mimo USA i na země, s nimiž mají obchodní dohody o poskytování nejvyšších výhod. Původ ze zemí NAFTA a CAFTA se považuje za domácí.
BIOLOGICKY ODBOURATELNÉ PLASTY
Schopnost biologicky odbouratelných plastů (BOP) na konci životního cyklu, vyjádřená v podstatě jejich kompostovatelností, rozkladu na CO2, vodu a biomasu, příp. metan, byla dlouhou dobu jediným viděním existence plastů jako ekologicky přátelského materiálu. Tento pohled se však mění s růstem tlaku na omezování emisí skleníkových plynů, především CO2, ze všech zdrojů i z BOP. Znamená mj. nenavrhovat BOP k užití za každou cenu, ale v aplikacích oprávněných ze všech hledisek a tam, kde lze odbourání dosáhnout. I opodstatněné užití BOP na potravinářské obaly, kde mj. šetří náklady na třídění, má své problémy.
Obalové plasty označené jako BOP a kompostovatelné podle EN 13432 (viz rámeček) se považují za kompostovatelné v průmyslových podmínkách při teplotách kolem 60°C; při domácím kompostování se těchto teplot nedosahuje, podobně jako u odpadků z obalů ve volné přírodě. Proto se neodbourávají podle očekávání. Podobně by měly být mulčovací fólie z BOP přizpůsobeny skutečným podmínkám odbourávání v půdě. Různá provedení BOP by tak měla být upravena na míru biologickým prostředím, v nichž by mělo odbourání proběhnout.
Obaly určené a certifikované pro kompostování také mají nést logo European Bioplastics podle EN 13432 s nápisem "kompostovatelný" v národních jazycích. Z evropských zemí se roku 2006 dohodly na jeho užívání Německo, Nizozemsko, Polsko, Švýcarsko a Velká Británie.
Ze všech BOP pochází pouze 13 % z biomasy, 12 % je fosilního původu a 75 % má kombinovaný bio/fosilní původ. Některé plně fosilní plasty jsou 100% biodegradabilní, např. kopolyester 1,2-ethandiolu a adipové kyseliny. Enzymy si přitom nevybírají podle původu polymeru, ale podle chemického složení a struktury.
BIOMASA JAKO OBNOVITELNÁ SUROVINA PLASTŮ
V současnosti se více než 99 % plastů vyrábí z fosilních surovin, převážně z ropy, plynu, uhlí i recyklovaných plastů a jejich cenu ovlivňují politická a environmentální rizika. Pěstování biomasy může být pro zemědělství atraktivní, pokud bude ekonomicky a technologicky schůdné. Použití biomasy jako zdroje bioplastů má v podstatě dvě cesty přístupu na trh a jejich proniknutí je otázka ceny.
První je biologická syntéza monomerů pro výrobu nových plastů nebo biologická syntéza nových polymerů, kde je příkladem výroba PLA plastu polymeru na bázi polymléčné kyseliny. Z plastu Terramac (PLA) vyztuženého kenafovým vláknem podobným jutě japonské firmy Unitika vyrobila japonská firma NTT DoCoMo první elektronický výrobek - "véčkové" pouzdro mobilu Foma N701iECO, když DVD disky z PLA jsou známy již od roku 2004.
Druhou je biologická syntéza známých monomerů nebo meziproduktů, doplňující nebo nahrazující fosilní zdroje. Příkladem je ethanol (biolíh) pro výrobu polyethylenu nebo biovýroba 1,3-propandiolu náhradou za fosilní pro plasty DuPont Sorona (PTT - polytrimethyltereftalát) nebo Hytrel (TPE - termoplastický elastomer).
Největší efektivnost zhodnocení biomasy mají bioplasty s nejvyšším výkonnostním profilem a šíří aplikací, jak ukazuje srovnání pevnosti skleněným vláknem vyztuženého plastu Sorona, PLA plastu a polymeru na bázi škrobu. Polyesterový plast Sorona bude vyráběn nejdříve jako vlákna a později i jako automobilový plast v podobném sortimentu jako PET a PBT. Právě zde stojí bioplasty na rozcestí. Cena biomasy stále roste; díky zájmu o biolíh se cena kukuřice zvýšila za 10 let o 200 % a osetá výměra v USA o 18 %. Je efektivnější vyrábět z biomasy levný jednoduchý škrobový plast, byť biodegradabilní, nebo výkonnější PLA na nápojové láhve, či monomer původně syntetického výkonného a dražšího plastu, jenž vrátí energii za delší dobu a jehož emise CO2 jsou stejné?
MOŽNÁ OMEZENÍ
Pro pěstování biomasy pro bioplasty v objemu dosavadní spotřeby 0,05 mil. t/rok nepředstavuje potřebná výměra půdy problém. V roce 2004 bylo odhadnuto, že v Evropě má asi 15,4 mil. t/rok plastů potenciál náhrady bioplasty. To si vyžádá asi 5 mil. ha půdy (asi 4-5 % celkové výměry). Podle plánů EU má být k roku 2020 nahrazeno 20 % všech energetických paliv (asi 75 mil. t/rok) biopalivy, což předpokládá až 60 mil. ha na pěstování plodin pro výrobu řepkové bionafty (výnos asi 1,4 t/ha u bionafty) či biolihu nebo biobutanolu ze zrna. Pro možnou kolizní situaci se nepředpokládá zavedení kvót na produkci biomasy pro plasty, jediným efektem by byl růst cen. Omezováním produkce cukru se v Evropě uvolňují plochy pro pěstování biomasy na biopaliva a možná i bioplasty.
Zatím se však EU cíl nasazení biopaliv nepodařilo splnit; v roce 2005 bylo v dopravě zavedeno pouze 1,5 % místo 2 %. Podle údajů EU překročilo cíl pouze Švédsko se 3 %, ČR se 2,6 % a Rakousko se 2,5 %. Dalších 11 zemí kvótu 2 % splnilo, mj. např. Německo, Francie a Slovensko; V. Británie dosáhla jen 0,3 %.
PLASTY ŠETŘÍ ENERGII A EMISE SKLENÍKOVÝCH PLYNŮ
Bez ohledu na původ plasty využívají zdroje velmi efektivně. Plastové pěny, v drtivé většině fosilního původu (zbytek jsou PUR pěny nejčastěji vyráběné ze sóji), svou vysokou izolační schopností při nízké hmotnosti šetří obrovská množství energie a emisí ve vytápění budov. Lehké konstrukce dopravních prostředků mají nižší spotřebu paliv a nižší produkci emisí nejen CO2, ale i SO2, NOX, CO, uhlovodíků a přízemního ozónu. Přesto je to málo! EU požaduje zásadní technické úpravy automobilů pro výrazné snížení emisí CO2.
Asociace Plastics Europe udává, že jen v Evropě ušetřilo použití plastů ekvivalent 22 mil. t ropy ročně a snížilo emise CO2 o 97 mil. t. (2006). Z celkové spotřeby ropy se přitom 87 % spálí a 13 % zpracuje. Právě na plasty zpracovaná část má delší životní cyklus v hodnotové analýze životního cyklu (LCA). Ten lze ještě zvětšit materiálovou nebo surovinovou recyklací. Část odborníků se shoduje v tom, že pro vysoký energetický obsah nerecyklovatelného plastového odpadu včetně bioplastů by mělo dostat přednost vrácení energie před kompostováním.
Síla plastů jako materiálu spočívá i v jejich mnohotvárnosti, schopnosti výběru na míru podle aplikace a jako prostředku inovací. U plastů z biomasy také v rozšíření surovinové základny. Rozhodnutí o volbě bioplastů má přihlížet k podloženým odborným kritériím a s přístupem na základě hodnotové analýzy LCA. Nemělo by vést k diskriminaci tradičních plastů na základě pochybných environmentálních výhod. Skutečnost, že plast je z biomasy nebo biologicky odbouratelný, neznamená, že je automaticky výhodnější pro životní prostředí než plast fosilního původu.
AUTOR: Alexandr Abušinov
VYBRANÉ KOMERČNÍ BIOLOGICKY ODBOURATELNÉ PLASTY
Obchodní název Výrobce Země Polymer - základ
ARBOFORM Tecnaro DE ligninový termoplast
BAK Bayer MaterialScience DE alif. polyester
BIOPOL ICI/MBL GB PHB/PHV-kopolymer
BIOCEL Batelle/Tubize Plastics US plast. diacetát celulózy
BIOCETA Mazzuchelli IT plast. diacetát celulózy
BIOFLEX FkuR DE PLA
BIOGRADE FkuR DE celulózový blend
BIOMAX DuPont US bioPET
BIONELLE Showa JP alif. polyester
BIOPHAN Treofan DE PLA
EASTAR BIO Eastman Chemical US alif.-arom. kopolyester
ECOFLEX BASF DE alif.-arom. kopolyester
ECOLAN, ECOSTAR St. Lawrence Group US polyolefin/škrob-blend
ECOPOL Econeer KR alif.-arom. Kopolyester
ECOVIA BASF DE PLA/alif.-arom. kopolyester
FIBROLON FkuR DE PE/ celulózové vlákno
GALACID GALACTIC BE PLA
MATER-BI Novamont IT škrob/polykaprolakton
METABOLIX PHA Metabolix US PHA/PHB
NATURE FLEX NM Innovia Films GB biocelulóza
NATURE WORKS Cargill Dow US PLA
NODAX Procter&Gamble US PHA
ORIGI-BI Novamont IT alif. polyester
TERRAMAC Unitika JP PLA
TONE Union Carbide US polykaprolakton
TRANSPARIT Wolff Walsrode DE regenerovaná celulóza
Zdroj:Technik
Sdílet článek na sociálních sítích
