Novo sveobuhvatno istraživanje objavljeno u časopisu Materials donosi ključne uvide o ponašanju bioplastike u različitim okruženjima za konačni tretman, što ima značajne implikacije za industriju upravljanja otpadom i kružno gospodarstvo Europske unije. Istraživanje, provedeno u španjolskom AIMPLAS centru za plastične tehnologije, analizira biorazgradivost sedam glavnih tipova bioplastike kroz standardizirane testove u industrijskim i prirodnim uvjetima.
Drastične razlike u biorazgradivosti ovisno o temperaturi
Rezultati istraživanja pokazuju da temperatura igra presudnu ulogu u procesu biorazgradnje bioplastike. Polilaktična kiselina (PLA), jedna od najčešće korištenih bioplastika, postiže biorazgradivost između 70% i 85% u industrijskom kompostiranju pri termofilnim temperaturama (preko 58°C) tijekom 4 tjedna do 3 mjeseca. Međutim, pri nižim temperaturama od oko 30°C, razina biorazgradnje drastično pada na samo 30%, a proces traje značajno duže.
Slična situacija javlja se kod anaerobne digestije. Pri temperaturi od 55°C, PLA postiže 68% biorazgradnje u 60 dana, dok pri temperaturi od 80°C ubrzava proces do 65% biorazgradnje u samo 3 dana. Ovi podaci sugeriraju da je za uspješnu biorazgradnju PLA-e nužno dosegnuti temperaturu staklastog prijelaza polimera kako bi se povećala hidrofilnost bioplastike.
Polihidroksialkanoati pokazuju najbolje rezultate u anaerobnim uvjetima
Istraživanje otkriva da se polihidroksialkanoati (PHA) ponašaju drugačije od ostalih bioplastika, pokazujući superiorne rezultate u anaerobnim sustavima. Pod mezofilnim uvjetima u anaerobnoj digestiji, PHA može potpuno razgraditi u nekoliko tjedana – izvješteno je o 93% biorazgradnje polihidroksibutirata (PHB) u samo 7 dana, dok polihidroksibutirat-ko-hidroksivelerat (PHBV) pokazuje nešto sporiju biorazgradnju.
Zanimljivo je da se kod PHA-a pod termofilnim uvjetima postiže biorazgradnja koja varira od 25% do 70% nakon 11-33 dana, što je značajno niže od rezultata postignutih pod mezofilnim uvjetima. Ovaj paradoks čini PHA posebno prikladnim za postojeće sustave anaerobne digestije koji rade pri standardnim temperaturama.
Bioplastika na bazi škroba i celuloza zahtijevaju specifične uvjete
Škrobne bioplastike pokazuju širok raspon stopa razgradnje ovisno o formulaciji dostupnoj na tržištu. U kompostiranju mogu postići potpunu razgradnju unutar 3 mjeseca, dok u anaerobnim uvjetima mezofilna temperatura nudi biorazgradnju od 20-30% nakon 2-4 tjedna. Pod termofilnim uvjetima postižu se nešto viši rezultati – približno 30-50% biorazgradnje, s nekim vrstama vrećica koje dostižu 85% biorazgradnje u 23 dana ili 92% u 35 dana.
Celulozne bioplastike predstavljaju posebnu kategoriju jer se celuloza smatra relativno brzo razgradivom i koristi se kao referentni materijal tijekom laboratorijskih testova. Međutim, bioplastika proizvedena od celuloze karakterizirana je sporom aerobnom biorazgradnjom – celulozni acetat potpuno se biorazgrađuje unutar 200 dana, dok je u industrijskim postrojenjima dezintegracija ograničena na punila koja se koriste.
Značajne razlike između laboratorijskih standarda i stvarnih uvjeta
Jedna od ključnih spoznaja istraživanja odnosi se na nesklad između standardnih uvjeta testiranja i stvarnih uvjeta koji se javljaju u industrijskim i prirodnim okruženjima. Standardni uvjeti za industrijsko kompostiranje podrazumijevaju održavanje termofilne temperature tijekom cijelog trajanja testa, dok u stvarnosti postrojenja za kompostiranje dosežu termofilnu temperaturu samo jedan mjesec.
Slično tome, standardi koji se odnose na prirodna okruženja ne odražavaju precizno stvarne uvjete – u Europskoj uniji prosječne temperature morske i slatke vode iznose 9°C odnosno 12°C, s velikim varijabilnostima ovisno o istraživanom okruženju. Ova razlika upućuje na potrebu kontinuiranog ažuriranja standarda kako bi se osiguralo održivo rješavanje bioplastike na kraju životnog ciklusa.
Prirodna okruženja pokazuju različite rezultate ovisno o tipu bioplastike
U prirodnim okruženjima, ponašanje bioplastike značajno se razlikuje od rezultata postignuvih u kontroliranim industrijskim uvjetima. PLA u tlima ne pokazuje znakove biorazgradnje ili postiže samo 4% nakon 150-200 dana zbog niske temperature koja onemogućava početak procesa razgradnje. Ovaj trend se proširuje i na vodena okruženja – ako se pri 50°C biorazgradnja PLA-e u vodi javlja nakon 2,9 mjeseca, pri 30°C ili 25°C to vrijeme se povećava na 8,5 odnosno 11,4 mjeseca.
S druge strane, PHA pokazuje obećavajuće rezultate u prirodnim okruženjima unatoč tome što potpuna biorazgradnja zahtijeva više vremena nego u industrijskim uvjetima. U tlima pri 25°C, PHA prah i PHB film rezultiraju s 95% biorazgradnje nakon 150 odnosno 360 dana. U vodenim okruženjima, PHB se potpuno razgradio u morskoj vodi (30°C) i slatkoj vodi (21°C) u 43 odnosno 56 dana.
Implikacije za europsko kružno gospodarstvo
Rezultati istraživanja imaju direktne implikacije za europske politike upravljanja otpadom i kružno gospodarstvo. Trenutni standardi kompostabilnosti zahtijevaju samo aerobne testove razgradnje, dok općenito nije potrebno testirati biorazgradivost pod anaerobnim uvjetima. Ova praksa može dovesti do podcjenjivanja stvarnog ponašanja bioplastike u anaerobnim sustavima koji su ključni za tretman organskog otpada u EU.
Dodatno, ograničena biorazgradivost bioplastike kada dosegnu kraj životnog ciklusa može se poboljšati kroz nekoliko pristupa koje industrijskim postrojenjima stoje na raspolaganju. Mehaničko usitnjavanje, dodavanje lužina, termalna oksidacija ili UV zračenje predstavljaju moguće pred- ili post-tretmane, iako još nisu implementirani u punom opsegu. Postrojenja za organski otpad mogu također implementirati više temperature duže vrijeme ili duže vrijeme tretmana kako bi povećali biorazgradivost bioplastike.
Istraživanje naglašava da bioplastika općenito ne razgrađuje jednako u svim okruženjima, što ima važne implikacije za označavanje proizvoda i edukaciju potrošača o pravilnom zbrinjavanju različitih tipova bioplastike u skladu s njihovim stvarnim mogućnostima biorazgradnje.
SAVJETODAVNI PARTNER
