בשנים האחרונות, דחיפה גלובלית לקיימות עיצבה מחדש את הנוף של מדע פולימרים. חוקרים ויצרנים כאחד מתרחקים יותר ויותר ממאגרי דלק מאובנים סופיים וכיוון הזנתם מתחדשים כמקור העיקרי לשילוב של פולימרים ידידותיים לסביבה.חומרים חדשניים אלה מבטיחים להפחית את ההשפעה הסביבתית תוך שמירה על איכות מכנית וכימיקלית הנדרשת למערך עצום של יישומים תעשייתיים וטכנולוגיים אלה, חוקרים מאחורי הדוגמאות מתקדמות של חומרים מזינים, החלימים של מנגנונים חדשים של חומרים אלה, וטכניקות טכנולוגיות, וטכניקות טכנולוגיות, וטכניקות טכנולוגיות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות טכנולוגיות, וטכנולוגיות, וטכנולוגיות טכנולוגיות, וטכנולוגיות חדשות, וטכנולוגיות אלה, החלטיות, החלטיות, וטכנולוגיות אלה, החלטיות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות של חומרים ממושכות של חומרים ממושכות של חומרים ממושכות של חומרים מטכנולוגיות טכנולוגיות עדכניות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות טכנולוגיות, ומשיפורות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וכימיקליות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות של חומרים ממושכות, וטכנולוגיות טכנולוגיות, וטכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות טכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות טכנולוגיות, ו

מה הם מזון חדש?

מזון מתחדשת הם חומרים גלם שמקורם ממקורות ביולוגיים שניתן לשלוף באופן טבעי על פני תקופה קצרה יחסית - באופן חד-משמעי בתוך עונה אחת צמיחה או כמה שנים. בניגוד לדלקים מאובניים, שלוקחים מיליוני שנים כדי ליצור ולשחרר פחמן מחוספס כאשר נשרף, הזנות מתחדשות פועלות בתוך מחזור הפחמן המודרני, כלומר השימוש שלהם יכול להיות פחמן-פחמיטרלי או אפילו פחמן-פחמן בהתאם למתודולוגיה עיבוד.

דוגמאות נפוצות של מזון מתחדשים כוללות שמנים צמחיים (כגון סויה, דקל, שמן צלוי, ושמן סיגור), סוכרים (גלווז, סוכרוז, וכובש), עמיבים, צלולוז, לignin ואפילו חלבונים.חומרים אלה משמשים כאבני בניין עבור מונומרנים שיכולים לעבור פולימריזציה כדי ליצור פולימרים עם תכונות מותאמות, עלות נמוכה, וגמישות לייצר אותם שמן.

תכונות עיקריות של Feedstocks Renewable

  • (ב) ניטראליות:0)Carbon נייטרליות: 1FLT:1 , פחמן דו חמצני שוחרר במהלך השפלה או בעירה הוא מתמוסס על ידי CO2 נספג במהלך גידול הצמח.
  • (FLT:0) Biodegradability: 1FLT:1hil) פולימרים רבים המבוססים על מזון מתחדשים מתפוגגים באופן טבעי באדמה או סביבות ימיות, צמצום זיהום הפלסטיק.
  • (FLT:0)Versatility: שינוי כימי 1FLT יכול לייצר מגוון רחב של מונומרים, החל מאלקנס פשוטים לתרכובות מחזוריות מורכבות.
  • זמינות:0 (בקיצור:0) ניתן לפנות ל- Feedstocks באופן מקומי, להפחית את פליטות התחבורה ולתמוך בכלכלות כפריות.

היתרונות של שימוש מחדש Feedstocks עבור הוספת פולימרים

המעבר להזנת מזון מתחדש מציע יתרונות מרחיקי לכת המשתרעים מעבר לדיברות סביבתית פשוטה.יתרונות אלה מניעים אימוץ על פני תעשיות מאריזות לרכיבי רכב.

  • (FLT:0) ,Reduced Carboncio:FLT:1 העריך באופן עקבי כי פולימרים שנעשו מזין מתחדשים פולטים פחות גזי חממה לאורך כל תוחלת החיים שלהם בהשוואה לפלסטיקים המבוססים על מאובנים.לדוגמה, חומצה פולילאקטית (PLA) יש טביעת רגל פחמן בערך 60–70% נמוך מזה של פוליאתלטה (PET).
  • (FLT:0) ירידה התלות בדלקים מאובניים: אנדרל 1 על ידי שימוש בחומרים המבוססים על צמחי, יצרנים מטביעים עצמם ממחירי נפט גולמיים וסיכוןי אספקה גיאופוליטיים.
  • (FLT:0) ,Enhanced biodegradability: ⁇ 1 , פולימרים רבים נוספים שמקורם מקורות מתחדשים (למשל, פוליhydroxyalkanoates) מתפרקים לחלוטין במתקני כפייה או אפילו בתנאים סביבתיים מבולחים, בניגוד לפלסטיקים מתמשכים.
  • (FLT:0) קיימות כלכלית: 1FLT: צמיחתה של כלכלה מבוססת ביולוגית יוצרת שווקים חדשים למוצרים חקלאיים, מניעים חדשנות בחקלאות ובביוטכנולוגיה, ומייצרת משרות עשירות בכימיה ירוקה ובמדע חומרים.
  • פרופיל בטיחות מוכח:0 (Imrovated Safety profile: FLT:1) ניזונים מתחדשים מכילים לעתים קרובות פחות זיהומים רעילים מאשר נגזרות נפט גולמי, וכתוצאה מכך תנאי עיבוד בטוחים יותר ומוצרים הסופיים המתאימים ליצירת קשר מזון ויישומים רפואיים.

הסינתזה של Addition Polymers של E-Friendly Addition מ-Renewable Feedstocks

האתגר המרכזי ביצירת פולימרים נוספים מזין מתחדשים הוא ביעילות להמיר ביופוחיות טבעיות מורכבות (כמו צלולוז, עמיץ' או triglycerides) למונומרים פשוטים, גבוהים, אשר יכול לעבור פולימריזציה שרשרת-growth. בניגוד פולימוניזציה condensation, אשר משחרר מולקולות קטנות כגון מים, תוספת פולימיזציה מתקדמת באמצעות פתיחת אג"ח כפול או ייצור זה לעתים קרובות גורם יעיל יותר.

נתיבי ייצור ממונומר

  • (FLT:0) התייבשות ופורמנטציה: ההרחבה 1 (Gerph) סוכרים מותסים לייצר אתנול, אשר ניתן מיובשת אל-תיילן - האלטן הפשוטה ביותר וחלופה ישירה עבור ethylene בעל נפט. בדומה, אך מבוסס ביו-אך ניתן לייצר באמצעות תסיסה של סוכרים ואחריו המרת קטליטי.
  • (FLT:0) מיתתזה של שמן צמחי: ראטאל 1 (לא רווי חומצות שומן בשמן צמחי עוברים תגובות תת-מטרתזה כדי להניב את המסוף אלמס (למשל, 1-hexene, 1-octene) המשמש כדמונים משותפים בפוליאתילן ופוליפרופילן סינזה.
  • (FLT:0Cyclic Monomers מ Terpens:FLT) 1 Limonene, תוספת זולה בשפע מפסולת הדר, ניתן להיות epoxidized או פונקציונלי כדי ליצור מונומרים מחזוריים המתאימים לפולימרטיזציה של טבעת פתוח (ROM) או תוספת רדיקלית.
  • (FLT:0 olictic Acid and Related Monomers:cioFLT:1 , חומצה לקטקטית, המיוצר על ידי תסיסה חיידקית של עמיר תירס או סוכרקניה, ניתן להמיר ללקטד (דימר אופניים) העובר תוספת טבעתית פתח פולימרון לתת PLA.

טכניקות פולימריזציה מעסיקות

כדי לייצר פולימרים בעלי משקל גבוה ממונומרים מתחדשים, החוקרים ליישם חבילה של טכניקות פולימריזציה מתקדמות:

  • (FLT:0Catalytic הפולימריזציה:FreaLT:1 ,Orometallic זרז (למשל, טיטניום- או zirconium מבוסס Zegler-Nta זרז) יכול פולימרטנים ביו-אלמוני עם סטריאוגרנטיות גבוהה, מניב חומרים עם גבישיות וכוח מכני דומה לפוליוטרינטים קונבנציונליים.
  • (FLT:0) ,Controlled Radical Polymerization:BuildFLT:1 מתודולוגיות כגון העברת אטום פולימריזציה רדיקלית (ATRP) ושרשרת התוספת הניתוק (RAFT) מאפשרות שליטה מדויקת על משקל מולקולרי וארכיטקטורה, המאפשרת את עיצוב בלוק copolymers עם תכונות מותאמות אישית.
  • (FLT:0) פתח מטאתזה פולימריזציה (ROMP):Feloראה 1FLT שימוש בזרזים מבוססי ruthenium (Grubbs), זרזי אופניים שמקורם ב- bio-stocks ניתן לפולימרים כדי לייצר פולימרים לא רוויים עם פרופילים מכווצים והשפלה מתאימים.
  • (FLT:0) רדימיזציה רדיקלית:FLT:1 פשט יותר ויותר מדרג, שיטה זו משמשת נרחב עבור מונומרים ביו-קריטריים וביו-סטיילניים לייצר ציפויים, דביקות, ותרמופלסטים.

דוגמאות לתוספת מחודשת של Feedstock-Derived Addition Polymers

כמה פולימרים תוספת משמעותית מבחינה מסחרית קיימים כיום כי הם נגזרים לחלוטין או חלקית ממשאבים מתחדשים.הדוגמאות הבאות ממחישות את רוחב היישומים ואת המגוון של הזנות המשמש.

פולילאקטי Acid (PLA)

PLA הוא תרמופלסטי המיוצר ממונומרים חומצה lactic.חומצה lactic מיוצר בדרך כלל על ידי תסיסה של כוכב תירס, סוכרקניה, או Tapioca. באמצעות פולימיזציה של חיתוך טבעת של לקטד, PLA מניב פולימר ברור, נוקשה מתאים עבור 3D הדפסה, אריזה חד פעמית, חתך, חת, חתומי רפואי (למשל קיבולת ביולוגית מוצלחת ביותר).

Bio-Polyethylene (Bio-PE)

ביו-פולאיילן זהה מבחינה כימית ל PE קונבנציונלי אבל עשוי ethylene נגזר ביותנול (המוגדר מסוכרקני או תירס) כי המבנה המולקולרי שלו זהה, Bio-PE יכול להיות מעובד ומחזר באמצעות אותה תשתית כמו PE מבוסס מאובנים.זה משמש בבקבוקים, סרטים, וכובעים מובילים כמו קוקה-קולה אימצו ביו-PE עבור צמחיה.

Polyhydroxyalkanoates (PHAS)

PHAs הם משפחה של פוליסטרים המיוצרים ישירות על ידי תסיסה מיקרוביאלית של סוכרים או שמנים. בניגוד PLA, הדורש פולימריזציה כימית, PHAs מסונתז בתוך תאים חיידקיים באמצעות תוספת פולימריזציה של מונומרי חומצה הידרוקסיקלנוic.הם לחלוטין ביו-degradable בסביבות ימיות וקרקע ומציגים מגוון רחב של תכונות מכניות קשיחות ליישומים אלסטיים.

Polyterpens (למשל, Poly-β-myrcene, Poly-לימוזינה)

טרפנים, בשפע בשמנים אתריים צמחיים וturpentine, מכילים מבנים מתים מחוסנים שיכולים לעבור תוספת פולימריזציה. Poly-β-myrcene, למשל, הוא אלסטומר גומי עם טמפרטורת מעבר זכוכית נמוכה, מה שהופך אותו חלופה ביולוגית פוטנציאלי לפוליסומרן (גומי טבעי).

ביו-פוליטית-פוליואדין

Butadiene, מונומר מפתח עבור גומי סינתטי ופלסטיק ABS, יכול עכשיו להיות מיוצר ממקורות מתחדשים באמצעות תסיסה של סוכר לתוך אצטון או Butanol, ואחריו המרה קטליטית לאואדין.זה ביו-רובר זהה כימית למקביל הנפט שלו ומשמש בצמיגים, נעליים, ו hoses.

אתגרים העומדים בפני אישורים מבוססים על Feedstock

למרות ההבטחה הברורה, כמה מהמכשולים נותרו לפני פולימרים המבוססים על הביולוגית יכולים לפסול לחלוטין את המתחרים המאובן שלהם.אתגרים אלה משתרעים על תחומים טכניים, כלכליים ולוגיסטיים.

אחריות על

כיום, עלות הייצור של מונומרים מתחדשים רבים היא גבוהה ב-20-50% בהשוואה לשווי הנפט שלהם.גורמים כוללים את העלות של טיפוח הזנות, אנזימים והוצאות זרז, וכלכלות נמוכות יותר של קשקשים במחירים חקלאיים יכולות להשפיע גם על עקביות.עד הגדלת נפח הייצור ותהליך יעילות תהליך שיפור יעילות, שוויון בעלויות יהיה קשה להשיג ללא סובסידיות ממשלתיות או מס פחמן.

זמינות מזון וקרקע

אימוץ בקנה מידה גדול של מזון מתחדשים יכול להתחרות עם ייצור מזון עבור קרקע חקלאית, העלאת חששות אתיים ולהוביל מחירי מזון.דור שני הזנות (למשל, שאריות חקלאיות, ביומסה מעץ, אצות) להימנע מעימות זה אבל לעתים קרובות דורש טיפול אינטנסיבי יותר עיבוד, תוספת עלות.

ביצועים והגבלות עיבוד

פולימרים רבים המבוססים על ביולוגית סובלים מיציבות תרמית נחות, כוח מכני, או תכונות מחסום בהשוואה לפלסטיקים קונבנציונליים.לדוגמה, PLA יש חום נמוך השתקפות טמפרטורה (כ 55 מעלות צלזיוס) והוא מתפתל, הגבלת השימוש שלו במיכלים חמים או יישומים מבניים.לחיצת עם פולימרים אחרים, הוספת ממלאים, או copolymerization יכול לשפר את הביצועים אך הוסיף המורכבות והעלות, בנוסף, רגישות ביולוגית, דורש לחות.

Recycling and End-of-Life Infrastructure

למרות שרבים ביו-פוחיות הם ביו-דידה, הם לא תמיד מתאימים לזרמים הקיימים של מחזורי.לדוגמה, PLA יכול לסווג מחדש מחזורי PET אם לא ממיין כראוי. בנפרד איסוף, מיון, ומתקני קידוד נדרשים כדי לממש את היתרונות הסביבתיים של הביודה.ללא תשתיות מתאימות, bio-plastics עלולים בסופו של דבר להגיע לאדמות שבו הם מתפוגג לאט לאט לאט.

Catalyst Development and Selectivity

בעוד התקדמות משמעותית נעשתה בזרזים עבור פולימר ביו-מונאמיזציה, רבים עדיין דורשים מתכות נדירות ויקרות (למשל, ruthenium בזרזי metathesis) לפתח זרז זול, אדמה-בונדנט (למשל, ברזל, מנגן) כי לשמור על פעילות גבוהה וסלקטיביות בתנאים קלים הוא עדיפות מחקר.

כיוונים עתידיים וחדשנות

תחום התוספת המחודשת של פולימרים מבוסס אלקטרוניקה מתקדם במהירות, מונע על ידי חידושים בביולוגיה סינתטית, קטליזה ומעבד הנדסה. כמה מגמות מתעוררות צפויים לעצב את העשור הבא.

הנדסה מטאבולית וביולוגיה סינתטית

ההתקדמות בהנדסה מטבולית מאפשרת למדענים לייצר מחדש מיקרואורגניזמים (למשל, FLT:0E. coliFLT:1, ast) לייצר מונומרים ישירות מסוכרים פשוטים עם תשואה גבוהה וטוהר. לדוגמה, חברות כמו Genomatica פיתחה תהליכים תסיסה עבור צמחיים מבוססי ביו-קונדיקול ואדין, כימיקלים אלה יכולים להיות מומרים לתוך תוספת של צמחים כימיים המבוססים על ידי מגנטיים (חומרים) באופן ישיר, אשר נוצרו על ידי ייצור כימיקלים.

שיתוק ירוק ושיקום תהליכים

חוקרים מפתחים זרזים heterogeneous שיכולים לפעול במים או בתנאים ללא פתרון, צמצום האנרגיה והבזבוז. Flow כימיה וטכנולוגיית המיקרו-לוגיה מאפשרת ייצור מתמשך של מונומרים ופולימרים עם שליטה מדויקת, שיפור יכולת הדרגתיות.

עיצוב של דרדטיביות ו Circularity

מיקוד גדול הוא תכנון פולימרים שיכולים להיות ממוחזרים מבחינה כימית לתוך המונותמרים שלהם (המחזור הקרוב) או זה מחלחל לתרכובות לא מזיקות בתנאים מבוקרים.עבור פולימרים, זה לעתים קרובות אומר שילוב קשרים נקיים (למשל, קישורי ester) לתוך עמוד השדרה או שרשראות צד.

חומרים היברידיים ו- Composite

בלנדר עם סיבים טבעיים (למשל, קנבוס, flax, ננוקריסטלים של תאוז) או חלקיקים אורגניים יכולים לשפר באופן דרמטי את העוצמה המכנית, יציבות תרמית ותכונות מחסום. ביוקומבטים כאלה כבר בשימוש בחלקים פנימיים של רכב, לוחות בנייה, ומוצרים צרכניים מתמקדים בהשגת חזק אדמדן בין-גזעי, ללא פיזור כימי.

הערכה מחזור חיים וסטנדרטיזציה

ככל שהשוק ל- bio-plastics גדל, הערכה סטנדרטית של מחזור חיים (LCA) שיטות נדרשים להשוות השפעות סביבתיות די.זה כולל חשבונאות לשינוי שימוש הקרקע, צריכת מים, אפקטים עקיפים (למשל, דשן Runoff) ארגונים כמו אגודת הזנות הביופלסטית ואגודת הביופלסטיק האירופי פועלים כדי לבסס מדדים פגומים.

יישומים תעשייתיים וצרכנניים

פולימרים ידידותיים לסביבה מהזנת מתחדשת כבר מוצאים שימוש מסחרי על פני מגזרים מגוונים:

  • (FLT:0)Packaging: FLT:1 PLA ו- Bio-PE משמשים בסרטים גמישים, מכולות קשיחות, וכובעי בקבוק. קומפוסט ניתן לקפה ותלות הם פלחי שוק גדלים.
  • (FLT:0) textiles: FLT:1 סיבי PLA (בתואר as Ingeo®) הם נכנסים לבוש, שטיחים, ו בדים לא זו מזוהים.הם מציעים לחות והתנגדות UV, להתחרות עם פוליסטר.
  • (FLT:0) מנוע: FLT:1 (בספרדית:0) פוליאולפין מבוסס ביו-בי-איי ופולימידים משמשים בטרים פנימיים, לוחות-דומנים ורכיבי מתחת לגיל, צמצום משקל הרכב ופחמן.
  • (FLT:0) Electronics:FLT:1 , Bio-epoxy resinsins עבור לוחות מעגלים ו ביו-polycarbonate עבור שמיכות טלפון נמצאים בפיתוח, במטרה להחליף חומרים דוסטול A המכיל.
  • (FLT:0Medical:igFLT:1) PLA ו PHA משמשים בפצעים ספוגים, מערכות אספקת סמים, ו פיגומים הנדסיים רקמות, שבו ביו-גמישות והשפלה מבוקרת הם חיוניים.
  • (ב) ⁇ :0) ,Agriculture: FLT:1 (בסרטים של מ"ג'ר" (Baldgradable mulch) עשויים מתערובת של PLA, PHA, ו-starch להפחית פסולת פלסטיק וניתן לייחס אותם לאדמה לאחר השימוש.

מסקנה

הסינתזה של פולימרים ידידותיים לסביבה מזין מתחדשים מייצגת את אחת האסטרטגיות המבטיחות ביותר לייצור פלסטיק מדלקים מאובנים. על ידי מינוף הכימיה העשירה של שמנים צמחיים, סוכרים, וטרפנים, מדענים משחקים חומרים מתפתחות לא רק תואם את הביצועים של פלסטיק קונבנציונלי, בעוד מציעים אפשרויות מתקדמות יותר, לחץ חיצוני, צמיחה מתמשכת של פיתוח חומרים מטבולי של חומרים מתקדמים, כמו גם פיתוח חומרים מגנטיים, אלא גם פיתוח מודלים של אנרגיה ירוקה, אלא גם על בסיס קבוע, אלא גם על פני השטח, אך לפעמים עולה על ביצועים של השקעות קונבנציונליים, אך לעתים יותר, אך לעתים יותר ויותר, אך לעתים יותר, פיתוח מודלים מתקדמים, פיתוח מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של

(ב) לקריאה נוספת על היבטים ספציפיים, האגודה האירופית ביופלסטיקה (European Bioplastics Association)II Bioplastics Association) 1 מספקת נתונים וסטנדרטים בשוק, בעוד משרד האנרגיה של ארה"ב:2Bio Energy Technologies Office 3FLT 3FLT תומך במחקר להזנת מחקרים מתקדמים.