بیوپلیمرها به وسیله و روش های مختلفی تولید می شوند. منشأ این پلیمرها می تواند منابع تجدیدپذیر گیاهی، حیوانی و یا فسیلی باشد. امروزه انواع مختلفی از پلیمرهای قابل تجزیه در محیط زیست که به اختصار به آنها BDP می گویند در بازار وجود دارد که می توانند به اشکال مختلفی از کمپوست ها یا مواد تبدیل شوند.
این بیوپلیمرها قبلاً توسط منابع تجدیدپذیر تولید می شدند (مثلاً پلی لاکتیک اسید(PLA) و پلی هیدروکسی آلکانوات (PHA) که از خانواده پلی استرها هستند.) برای ساخت پلیمرهای قابل تجزیه در محیط زیست حتی می توان از بازمانده های کارخانجات و صنایع غذایی نیز استفاده کرد. به طور مثال یک کارخانه که انواع چیپس سیب زمینی و سایر فرآورده های مربوط به سیب زمینی را تولید می کند به عنوان یک محصول جانبی نوعی پلاستیک با نام تجاری Solanyl نیز می سازد!
باید به خاطر داشت که عامل تعیین کننده در تجزیه پذیری پلاستیک ها در محیط زیست، منشأ تولید آن ها (یا به عبارت دیگر مواد اولیه‌شان) نیست، بلکه فقط ساختار شیمیایی پلاستیک است که این خاصیت را ایجاد می کند. بدین جهت منابع تجدیدپذیر و قابل بازیافت تنها مواد اولیه ساخت این پلیمرهای دوست محیط زیست نیستند، بلکه نفت خام هم منبعی عالی برای تولید این پلیمرها است و اتفاقاً پلیمرهای زیست محیطی که از نفت خام به دست می آیند، به خوبی در محیط تجزیه می شوند.
پلیمرهای کلاسیک و معمولی با منشأ نفتی، در بازار جهانی پلاستیک با هم رقابت تنگاتنگی دارند و حاکم بودن و سابقه طولانی تولید و مصرفشان باعث شده که دانش فنی جهانی در مورد آنها بسیار بالا باشد ولی همراه ساختن این پلاستیک های نفتی و پلاستیک هایی با منشأ منابع تجدیدپذیر و زیستی به احتمال زیاد می تواند عامل موفقیت صنایع پلاستیک در سال های آینده باشد.
بدین منظور سازندگان پلاستیک های زیست محیطی تصمیم گرفته اند که بهبود خواص و قابلیت های جدید پلاستیک های ترکیبی را (که از مخلوط ساختن پلاستیک‌هایی با منشأ نفتی و پلاستیک های زیست محیطی به دست می آیند) به صنایع نشان دهند. به طور مثال ترکیبی از نشاسته خالص گیاهی و پلی استرهای مصنوعی قابل تجزیه، امروزه برای ساخت چندین محصول پلاستیکی به کار می رود و چرخه عمر کوتاه تری در مقایسه با پلی استرهای خالص تجزیه‌پذیر دارد.
بنا بر این می توان گفت که بیوپلیمرهای نفتی می توانند کمک و همراه مؤثری برای پیشرفت بازار پلیمرهای تجزیه پذیر در محیط زیست باشند. در بازار جهانی پلاستیک که وابستگی شدیدی به نفت خام دارد، ورود پلیمرهای نوشونده شرایط بی‌شماری را برای پیشرفت های آینده ایجاد می کند.
خواص پلیمرها
گرچه پلیمرهای قابل تجزیه توسط محیط زیست شباهت های زیادی به پلاستیک های معمولی مانند پلی‌اتیلن، پلی پروپیلن و پلی استایرن و … دارند، ولی به دلیل ساختار شیمیایی ویژه خود، از خواص متفاوتی برخوردارند. برای مثال ضریب عبور بخار آب در بعضی از آنها مثل (PLA ) بیشتر است. از این خاصیت در ساخت لباس های ورزشی استفاده می شود، زیرا امکان تنفس به پوست انسان می دهد. در بسته‌بندی مواد غذایی نظیر انواع شیرینی و نان نیز وجود چنین محافظ هایی باعث تازه نگه داشتن و طولانی تر شدن عمر محصول غذایی می شود.
در زمینه بسته‌بندی های فیلمی نیز فیلم های ساخته شده از مخلوط نشاسته باعث حذف مرحله پرفراژ می‌شوند، زیرا میزان رطوبت، خود به خود به حد مناسب و مطلوب می رسد. این موضوع در بسته بندی میوه ها و سبزیجات تازه باعث جلب رضایت مصرف کنندگان شده است.
آمارها، استقبال عمومی را از این بسته بندی ها نشان می دهد. این توجه مثبت نه تنها به دلیل مدیریت زباله های شهری و خانه به خانه، بلکه به دلیل خواص جالب این پلیمرهای زیست محیطی است. متخصصان معتقدند که بسیاری از قابلیت های بی‌نظیر و خواص جالب پلیمرهای زیست محیطی هنوز آشکار نشده اند و این پلیمرها هنوز در ابتدای مسیر تکاملی خود قرار دارند. در حالی که پلاستیک های معمولی طی دهه های گذشته از لحاظ تکنولوژی تولید، رشد قابل توجهی داشته اند. به طوری که هر یک از پلاستیک های معمولی امروزی، خود یک محصول تخصصی و مهندسی محسوب می شوند.
مثلاً پنج سال قبل چه کسی فکرش را می‌کرد که مخلوط نشاسته بتواند مقاومت چرخشی لاستیک‌های اتومبیل را کاهش دهد؟ شرکت گودیر امروزه از مخلوط نشاسته در ساخت تایرهای خود استفاده می‌کند و با کمک این تکنولوژی و لاستیک‌های جدید مقدار مصرف سوخت را در اتومبیل‌ها کاهش داده است.
ظرفیت های تولید پلیمرهای با منابع تجدیدپذیر
اگرچه اولین پلیمرهای قابل تجزیه توسط محیط زیست حدود ده سال پیش ساخته شدند، ولی کارخانجات، برنامه ای برای تولید صنعتی این پلیمرها نداشتند. از چند سال قبل برخی از کارخانه‌ها تولیدات آزمایشی پلیمرهای BDP را آغاز کردند و به زودی مقدمات و زیرساخت های تولید صنعتی را فراهم آوردند. از جمله دو شرکت Gargil Dow و Rodenburg کارخانه های جدیدی را برای تولید محصولات بیوپلیمری احداث کرده اند که با راه اندازی کامل آن ها ظرفیت جهانی تولید بیوپلیمرها به دویست و پنجاه هزار تن می رسد.
علت تأخیر در تولید صنعتی پلیمرهای BDP این است که در گذشته تمام تلاش محققان در جهت تعیین خواص پایه‌ای این محصولات متمرکز شده بود، ولی اکنون که خواص این پلیمرها به حد مطلوب ویژگی‌های فنی محصولات پلیمری رسیده است، تولید صنعتی با سرعت قابل توجهی در حال افزایش است. بعضی از شرکت‌ها نظیر BASF و Cargil Dow به طور صریح اعلام کرده اند که طی ۲ تا ۴ سال آینده ظرفیت تولید محصولات BDP خود را تا پانصد هزار تن افزایش خواهند داد.
شرکت Novamont که متخصص ساخت ترکیبات نشاسته‌ای است نیز در سال های اخیر به طور دائمی ظرفیت تولید خود را افزایش داده است. متخصصان پیش‌بینی می کنند اگر روند افزایش ظرفیت تولید کارخانجات به همین نحو پیش رود، تا سال ۲۰۱۰ ظرفیت جهانی به یک میلیون تن خواهد رسید.
ویژگی های کارکردی
پلیمرهای زیست محیطی جدید از لحاظ کارکردی کاملاً شبیه به پلیمر پلاستیک های معمولی هستند. لذا تمام فرآیندهای استاندارد و متداولی که برای پلیمرهای معمولی انجام می‌گیرد، برای پلیمرهای BDP نیز قابل اجرا است. بنابراین عملا BDP ها قابلیت این را دارند که به هزاران نوع محصول پلیمری تبدیل شوند. البته این پلیمرها هم مانند سایر پلیمرهای معمولی بسته به استفاده نهایی به مراحل تکمیلی خاصی نیاز دارند. مثلاً بهبود خواص پلیمر توسط عملیات ترکیب و اختلاط (کامپاوند) بر حسب اینکه به صورت فیلم اکسترود شود یا به صورت اشیای تزریقی درآید، یک مرحله ضروری است. اضافه کردن بعضی از مواد افزودنی برای سهولت فرآیندهای بعدی کاری رایج در تولید پلاستیک‌ها است.
در بعضی موارد پلیمرهای BDP را با کاغذ و مقوا لمینیت می‌کنند. محصول لمینیت شده می‌تواند چاپ شود و چسب بخورد تا به صورت لیبل عرضه شود. نکته مهم در افزودن مواد یا انتخاب عملیات تکمیلی این است که ماهیت تجزیه خود به خودی پلیمر دستخوش تغییر نشود و به دلیل اهمیت این موضوع سازندگان این پلیمرها خود را ملزم به رعایت استانداردهای تجزیه طبیعی مواد (مانند استاندارد ۴۳۲ ENB برای قابلیت تجزیه خود به خودی در محیط زیست) می نمایند.
توسعه بازار بیوپلیمرها
همان‌طور که گفته شد بیوپلیمرها قابلیت تبدیل به تعداد بی‌شماری از محصولات پلاستیکی را دارند. امروزه استفاده از این پلیمرها به محصولاتی با حجم تولید زیاد منحصر شده است (مانند محصولات بسته بندی و الیاف) ولی این نسل جدید پلیمرها به اندازه‌ای جذابیت دارند که بازار محصولات آن ها به سرعت رو به گسترش است.
در سال ۲۰۰۱ مصرف بیوپلیمرها با منابع تجدیدپذیر در محیط زیست در اتحادیه اروپا بین بیست و پنج تا سی هزار تن تخمین زده شد. سهم اصلی بازار اروپا در دست یک شرکت ایتالیایی به نام Novamont است.
در آمریکا شرکت Cargill Dow (واقع در شمال شرقی ایالات متحده) که بزرگ‌ترین تولیدکننده پلی‌لاکتیک اسید است رهبری بازار را به عهده دارد. این شرکت حاصل اتحاد شرکت معروف Dow، تولیدکننده مواد شیمیایی و پلاستیک‌ها با شرکت کشاورزی Cargill است.
گرچه پلیمرهای تولید شده با منابع تجدیدپذیر در محیط زیست در اتحادیه اروپا به خوبی جای خود را باز کرده است، هنوز هزینه‌های تولید آن به نسبت پلاستیک‌های معمولی بالاست ولی متخصصان بر اساس رشد بازار امیدوارند که در سال‌های آینده هزینه‌های تولید به طور نسبی کاهش یابد و این رشد بازار عملی نخواهد شد مگر اینکه با گذشت زمان قابلیت‌های منحصر به فرد و برترهای این پلیمرها توسط بازار جهانی پلاستیک کشف شود.
کارشناسان عقیده دارند که ملاحظات اقتصادی تنها در کاهش قیمت مواد اولیه معنی پیدا نمی کند، بلکه این سایر هزینه‌های جانبی است که باعث برتری اقتصادی یک محصول می‌شود و در مورد پلیمرهای جدید این کاهش هزینه های جمع‌آوری و دفع محصولات پلیمری است که برای جوامع پیشرفته جذابیت دارد.
توسعه بازار برای هر محصولی وابسته به شرایط کاری است که بازار آن محصول تحمیل می‌کند و هرگاه شرایط تعیین‌کننده بازار موافق با آن محصول باشد، بازار آن به سرعت گسترش می‌یابد و به دنبال آن سرمایه‌گذاری های جدید و حمایت های مالی برای تحقیق و توسعه صورت می‌گیرد. ورود به بازار برای بیوپلیمرها هم مانند انرژی های جدید با بحث های زیادی همراه شد و هنوز هم نظرات مختلفی در خصوص حمایت‌های مالی از آن وجود دارد. ولی نکته اینجا است که سوددهی محصولات بیوپلیمری در مقایسه با انرژی های جدید (بادی، خورشیدی، فتوولتائیک و هیدروژنی) به مراتب بیشتر است.
نتیجه اینکه بازار محصولات بیوپلیمری برخلاف انرژی های جدید، بدون حمایت های مالی قابل توجه رشد کرده و به وضعیت کنونی رسیده است. این رشد تنها مدیون تولیدکنندگان این محصولات بوده که به خودی خود ظرفیت های تولید را افزایش دادند.
متخصصان بر این باورند که نسل جدید پلیمرها که به تنهایی و بدون حمایت موانع مختلف را پشت سر گذاشته و به موقعیت فعلی رسیده است، در سال‌های آینده منبع عظیمی از ثروت برای جوامع و صنایع خواهد بود.
البته کارشناسان اذعان دارند که پلیمرهای متداول با منشأ نفتی، زندگی امروزی ما را متحول ساخته‌اند و این مواد روز به روز در مسیر تکامل خود و برآورده کردن نیازهای زندگی مدرن پیش می روند.
محصولات پلاستیکی در اطراف ما روز به روز با دوام تر و ارزان‌تر می شوند و این زندگی را برای انسان ها آسان تر می سازد، اما در کنار این ها، محدود بودن منشأ مواد اولیه نیز حقیقتی است که باید به آن توجه داشت. گرچه سال های دیگر هم موتور محرکه بازار پلاستیک همان پلیمرهای معمولی هستند، اما همزمان جایگزین دیگری با منشأ مواد طبیعی یا منابع تجدیدپذیر وجود خواهد داشت.
متأسفانه امروزه علی‌رغم اثبات قابلیت‌ها و پیشرفت‌های بیوپلیمرها و در عین حال عدم حمایت‌های جدی مالی، بیوپلیمرها همچنان در قیود حاکم بر بازار فعلی پلیمرهای معمولی قرار دارند و با همان قوانین مورد قضاوت قرار می‌گیرند.
نظرخواهی از مصرف‌کنندگان
شش‌صد نفر از ساکنان شهر کاسل واقع در کشور آلمان، در پاییز سال ۲۰۰۱، در یک نظرخواهی راجع به بیوپلیمرها شرکت کردند. در این نظرخواهی نود درصد با جایگزینی بسته بندی های بیوپلیمری به جای بسته بندی‌های پلاستیکی معمولی موافق یا خیلی موافق بودند.
هشتاد درصد از شرکت‌کنندگان اظهار داشتند که کیفیت بسته بندی های بیوپلیمری خوب تا خیلی خوب است و هشتاد و هفت درصد در مورد خرید دوباره محصولات در این بسته بندی های زیست محیطی پاسخ مثبت دادند. از طرفی نتایج این نظرخواهی نشان داد که بیش از یک سوم شرکت کنندگان حاضر بودند که مبلغ اضافی ۱۵/۰ یورو برای کیسه های خرید بیوپلیمری بپردازند که این مبلغ در حال حاضر در آلمان ۱۰/۰ یورو می باشد.
مثلاً برای یک سطل ماست بیوپلیمری که خود به خود قابل تجزیه در محیط زیست باشد، هزینه بسته‌بندی معادل ۰۵/۰ یورو است که بیشتر مصرف کنندگان نسبت به پرداخت این مبلغ تمایل داشتند. البته باید دانست که این مبلغ حد بالای هزینه بسته بندی است که خوشبختانه با عکس‌العمل مثبت مردم شهر کاسل مواجه شد. بر اساس نتایج این برنامه آزمایشی مصرف بیوپلیمرها در کشور آلمان به سرعت گسترش یافت.
در یک نظرخواهی دیگر از یک داروخانه زنجیره‌ای به نام dm در دورتموند نتایج مثبت مشابهی به دست آمد. در این تحقیق به ۵۰۰ نفر از خریداران، کیسه‌های خرید بیوپلیمری داده شد که با استقبال قابل توجه آنان مواجه شد. شعار «سیب زمینی ها را در بسته بندی هایی از جنس سیب زمینی قرار دهید» برای بسیاری از فروشندگان محصولات غذایی و خریداران بسیار جالب به نظر می‌رسد.
آنها معتقدند که این موضوع پیشرفت تکنولوژی را نشان می دهد و نه فقط برای آنان که به خرید میوه و سبزیجات طبیعی (به جای محصولات غنی شده با انواع کودهای شیمیایی و پرورش یافته به روش های مصنوعی) پای‌بندند، بلکه برای اکثریت مردم جذابیت دارد.
بسیاری از مردم طی این دو نظرخواهی از محدود بودن تنوع محصولات بیوپلیمری گله‌مند بودند و این تجربه خوب نشان می‌دهد که مصرف‌کننده ایده استفاده از بسته‌بندی‌های تجزیه‌شونده در محیط زیست یا همان BDP را به خوبی پذیرفته‌اند. زیرا اهمیت مدیریت زباله‌ها در منازل و نیز صرف وقت و هزینه‌های مرتبط با آن را به خوبی درک کرده‌اند.
بسته بندی
بازار بسته بندی بزرگ ترین بخش صنایع پلاستیک است. در اتحادیه اروپا ۳۰ درصد از کل ۳۵ میلیون تن پلاستیک مصرفی به بخش بسته بندی اختصاص دارد که بیشتر آنها یک بار مصرف هستند. علی‌رغم این که چنین رقمی برای سازندگان بیوپلیمرها بسیار قابل توجه است، ولی بیشترین بحث ها و حمایت ها از BDP از جانب مصرف‌کنندگان است.
نباید فراموش کرد که هدف اصلی بسته بندی این است که از محتویات بسته به بهترین نحو محافظت شود و این امری است که بسته بندی های BDP در آن بسیار موفق هستند. مثلاً در کشور انگلیس در بسیاری از سوپرمارکت ها بسته بندی های BDP را می توان یافت و این در حالی است که زیرساخت ها و مقررات تجزیه زباله های بسته بندی در کشور انگلیس خیلی جدی تعریف و تبیین نشده است.
از جمله در سوپرمارکت‌های زنجیره‌ای Tesco و Sains bury برای محصولات غذایی طبیعی (غیرپرورشی) از بسته بندی های BDP استفاده می شود.
و همان‌طور که ذکر شد علاوه بر کیسه هایی که در پای صندوق سوپرمارکت ها عرضه می شود، BDP به صورت انواع فیلم و بسته بندی های تخصصی تری مانند بسته های بلیستر (حبابی) و بافت حلقوی Knitted ) یا (Raschel bag نیز یافت می شود.
منبع: مجله صنعت چاپ
