Uvod
Plastični otpad postao je globalan i ekološki problem zbog svoje dugotrajne razgradnje i sve veće pojavnosti u okolišu. Bioplastika, kao alternativa konvencionalnim naftnim polimerima, pruža mogućnost smanjenja plastičnog otpada. Međutim, proces njezine razgradnje u najvećoj mjeri ovisi o uvjetima okoliša. Kompostiranje bioplastike prepoznato je kao potencijalno održivo rješenje, no postoje izazovi u razumijevanju procesa i optimizacije za različite vrste biopolimera. Ahsan et al., (2023) provode istraživanje kako bi analizirali biorazgradivost bioplastike u kompostu ali i biološke i okolišne čimbenike koji utječu na proces.
Metode i materijali
Rad se temeljio na analizi postojećih istraživanja kojima se proučava razgradnja različitih vrsta bioplastike u kontroliranim i prirodnim uvjetima. Posebna pažnja posvećena je glavnim vrstama bioplastike, uključujući PLA (polilaktična kiselina), PHA (poli-hidroksi alkanoate), škrobne bioplastike i celulozne bioplastike, te njihovim kemijskim svojstvima koja utječu na razgradnju. Eksperimentalni uvjeti uključivali su industrijsko i kompostiranje u domaćinstvu, kao i testove u tlu i vodi. Industrijsko kompostiranje simuliralo je uvjete visoke temperature (iznad 55°C) i visoke vlažnosti (60–70%), dok je kućno kompostiranje provedeno pri nižim temperaturama (25–35°C) i nekontroliranim uvjetima vlage. Metode praćenja uključivale su mjerenje gubitka mase, ispuštanje CO₂ i promjene u kemijskoj strukturi bioplastike. Za identifikaciju mikroorganizama i enzima ključnih za razgradnju korišteni su molekularni alati poput PCR-a i sekvenciranja nove generacije. Također su analizirani katalitički učinci metalnih spojeva, poput cink-acetata, te enzima poput lipaza i esteraza, na ubrzanje depolimerizacije.
Rezultati
Rezultati istraživanja pokazuju značajne razlike u stopama razgradnje između različitih vrsta bioplastike, uvjetovane njihovim kemijskim svojstvima i okolišnim uvjetima. PLA je pokazala brzu razgranju u industrijskim uvjetima kompostiranja razgradnjom od 60–80% unutar 4-6 tjedana, dok je kućno kompostiranje bilo znatno manje učinkovito zbog nižih temperatura koje nisu pogodovale termofilnim mikroorganizmima. S druge strane, PHA se pokazala iznimno prilagodljivom u kompostiranju, pri čemu su specifični mikroorganizmi, poput Pseudomonas i Streptomyces, te enzimi poput PHA-depolimeraza odigrali ključnu ulogu u procesu razgradnje, uz razgradnju veću od 80% unutar 28 dana u industrijskim uvjetima. Škrobne bioplastike, zbog svoje hidrofilne prirode, pokazale su najbržu razgradnju, pri čemu je zabilježeno 85% razgradnje u roku od 90 dana u industrijskim kompostnim uvjetima. Međutim, njihova kombinacija s PLA usporila je proces razgradnje zbog povećane hidrofobnosti. Celulozne bioplastike, zbog svoje strukture, pokazale su gotovo potpunu razgradnju (97%) nakon 47 dana u industrijskom kompostiranju, dok su u tlu i vodenim sustavima procesi razgradnje bili sporiji. U tlu su celuloza i škrobna bioplastika degradirale do 100% u roku od 100 dana, dok je PLA zahtijevala više od godinu dana za značajnu razgradnju. U morskim uvjetima, niske temperature i ograničena mikrobna aktivnost rezultirale su vrlo sporom razgradnjom; na primjer, škrobna bioplastika pokazala je samo 1,5% razgradnje u 90 dana. Kombinacija enzima i metalnih katalizatora poput cink-acetata dodatno je ubrzala razgradnju određenih polimera u kontroliranim uvjetima, otvarajući mogućnost njihove šire primjene u optimizaciji procesa kompostiranja.
U Tablici 1 prikazan je pregled biorazgradnje različitih vrsta bioplastike pri različitm uvjetima, uključujući njihove okolišne parametre, postotak razgradnje i vrijeme potrebno za razgradnju.
Tablica 1. Biorazgradnja različitih vrsta bioplastike pri različitim uvjetima.
Vrsta bioplastike Okoliš Temperatura/Vlažnost/pH Biorazgradivost Vrijeme razgradnje (dani) Na bazi škroba Tlo 20 °C, 60% 14,20% 110 Mješavine na bazi škroba Morska voda 25 °C 1,50% 90 Škrob/hitozan (35/65) Tlo Metoda zakapanja u tlo 96% 28 Na bazi škroba Morska voda Sobna temperatura 1,50% 90 PLA Tlo 30% 10% 98 PLA Tlo 25 °C, 60% 13,80% 28 PLA (u prahu) Tlo 25 °C, 60% 13,80% 28 PLA Morska voda 25 °C 8,40% 365 PHA Tlo 20 °C, 60% 48,50% 280 PHA Kompost/Tlo (10/90%) 25 °C, 65% 50% 15 PHA Tlo 39%, pH 6,8 75% 80 PHAs Morska voda 25 °C 8,50% 365 Celuloza Tlo Nedefinirano 100% 103 Spužvasti vlakna Kompost sa sintetičkim tlom Aerobni, 58 °C >80% 154 Celuloza Komunalni čvrsti otpad Sobna temperatura 44% 14
Zaključak
- Kompostiranje je održiva metoda za upravljanje otpadom od bioplastike, pod uvjetom da se primjenjuju kontrolirani uvjeti.
- Industrijsko kompostiranje nudi veći potencijal za razgradnju u usporedbi s kućnim sustavima.
- Daljnja istraživanja trebala bi se fokusirati na optimizaciju razgradnje u prirodnim uvjetima i razvoj novih biokatalizatora za ubrzavanje procesa.
- Promocija bioplastike kao dijela kružne ekonomije zahtijeva jasno definirane standarde i politike upravljanja otpadom.
Literatura:
Ahsan, W.A. et al. (2023) ‘Biodegradation of Different Types of Bioplastics through Composting—A Recent Trend in Green Recycling’, Catalysts, 13(2), pp. 1–14. Available at: https://doi.org/10.3390/catal13020294.
SAVJETODAVNI PARTNER
