בשנים האחרונות, דחיפה גלובלית לקיימות העצימה את החיפוש אחר חומרים שיכולים להחליף פלסטיק קונבנציונלי ללא היערכות ביצועים או affordability. הדור הבא ביופלסטים שמקורם במטבוליזם של אנרגיה ביולוגית מייצגים גישה טרנספורמטיבית לטיפול בזיהום פלסטיק וצמצום התלות על משאבי מאובנים סופיים, בניגוד לביופלסטיקה מוקדמים כי לעתים קרובות מתחרים עם מזון או תכונות נחות, חומרים מתקדמים אלה נעים אורגניים החלים כדי לפתח חומרים כימיים אלה, הם מקורות אנרגיהיים, אשר עומדים לפתח חומרים סביבתיים.

הבנה של bio Energy Feedstocks

חומרים מזינים של אנרגיה הם חומרים אורגניים שגדלו או נאספים במיוחד עבור המרה לאנרגיה, דלקים, ומוצרים ביו-מוצרים. הם מתחדשים מטבעם, כפי שהם יכולים להיות מגודלים או מחוסנים בתוך מסגרת זמן קצרה יחסית. בהקשר של ביופלסטיקה, להאכילstocks לספק את המולקולות עשירות פחמן צורך לבנות שרשראות פולימרנים.השינוי ממונומרים המבוססים על נפט לביומסה הוא מאבני היסוד של מונוגרפיים מעגליות.

Feedstocks מסווגים בדרך כלל לשלושה סוגים עיקריים: שאריות חקלאיות (למשל, תנור תירס, קש חיטה, סוכרקניות שקיות), גידולי אנרגיה ייעודיים (למשל, מתגים, miscanthus, קצר גזר פופר), ופסולת ביומסה (למשל, פסולת מזון, פסולת עירונית, פסולת מוצקה, שאריות יער).

למה ויטמינים ל- Bioplastics?

באופן מסורתי, רבים הדור הראשון של ביופלסטיקה (כגון חומצה פולילאקטית, PLA) התבסס על גידולי מזון כמו תירס וסוכרקניה. בעוד היבולים האלה הם מקורות יעילים של סוכרים מותסים, השימוש שלהם העלה חששות לגבי תחרות שימוש בקרקע, מחירי מזון יקרי ערך, וזרימת גזי חממה עקנית, כמו גם חומרים ביופלסטיקה מתקדמת, במקום זאת לפני הביופלסטיקה לא מזון ופסולת על ידי זרימה.

פיתוח ביופלסטי

מאמצי המחקר בעשור האחרון מאיצו את הפיתוח של ביופלסטים שיכולים להתאים או לעלות על הביצועים של פלסטיק מבוסס נפט מסורתי. הדור הבא ביופלסטים להתמודד עם מספר מגבלות שספגו גרסאות קודמות, כולל כוח מכני גרוע, סובלנות נמוכה חום, ועלויות ייצור גבוהות.

שיפור תכונות החומר

פורמולות פולימרים וטכניקות עיבוד הביאו ביופלסטים עם כוח משופר, גמישות ויציבות תרמית.לדוגמה, פוליhydroxyalkanoates (PHAs) המיוצר על ידי חיידקי יכול כעת להיות מונדס כדי להציג מגוון רחב של התנהגויות מכניות - מאריזות קשיחות ל- elastomers - על ידי התאמת ההרכב מונומר.

הפקה זולה-אווירית

אחד ההוורדים העיקריים עבור ביופלסטים כבר עלות תחרותיות.על ידי ניצול דלות פסולת מזון זול פסולת מזון זין - כגון תנור תירס, סוכרקניה שקיות, או אפילו פסולת אורגנית עירונית מעורבת - יצרנים יכולים להפחית הוצאות חומרי גלם.בנוסף, התקדמות התחדשות וזרימה אנזים הידרוליטיזזזזז יש עלייה של התשואות המרה והורדת דרישות אנרגיה.

יכולת ומחויבות

חששות סביבתיים לגבי פסולת פלסטיק הובילו הביקוש לחומרים שיכולים בבטחה biodegrad בסביבות מנוהלות או טבעיות. הדור הבא bioplastics נועדו עם פרופילים מבוקרים של השפלה. חלק, כמו PHAs, הם ביו-מכובדים באופן טבעי באדמה ותנאים ימיים, לפרוץ לתוך פחמן דו חמצני ומים. אחרים, כגון שינוי PLA, יכול להיות מגובש תחת מחקר תעשייתי.

נתיבי האכלה מרכזיים עבור bioplastics

הבחירה של הזנה משפיעה במידה רבה על קיימות וכדאיות כלכלית של ביופלסטים. להלן הם הנתיבים העיקריים נחקרו.

ריבאונדים חקלאיים

שאריות חקלאיות - כגון תנור תירס, קש חיטה, אורז, ושקיות סוכריות - הן בשפע, בעלות נמוכה, ולא להתחרות ישירות עם ייצור מזון.הם מכילים צלולוז, hemicellulose, ו lignin, אשר יכול גם להיות שבריר לתוך סוכרים ואמרטים.

אנרגיה ייעודית Crops

דשא רב שנתי (switchgras, miscanthus) ועצים צומחים במהירות (willow, Poplar) גדלים במיוחד לייצור ביומסה.יבולים אלה מציעים תשואה גבוהה ל hectare עם דרישות קלט נמוכות (פריטייזר, מים, חומרי הדברה) הם יכולים להיות מעובדים על אדמה שולית כי הם לא מתאימים ליבולים, ובכך להפחית את הלחץ הקרקעי שלהם עמוק, כי הם משמשים את פליטה פולינזית פחמן, 000 גבוהה.

שפכים ו-Algae

פסולת מוצקה עירונית, פסולת עיבוד מזון, שאריות יער נתפסים יותר ויותר משאבים יקר. אנאירובי העיכול של פסולת אורגנית יכול לייצר חומצות שומן תנודתיות חלש המשמשות מבשרים עבור ייצור PHA. Algae, הן מיקרו-גיאגה ומאקרוalgae, מציעים יתרונות ייחודיים: הם יכולים להיות מועשר במי מלח או פסולת, יש יעילות פוטוסינתזה גבוהה, מצטבר גדול של פחמימות או פוליגנטיות ניתן להשתמש גם לתוך פוליגפיים.

קידום טכנולוגי בייצור ביופלסט

סקרים של הדור הבא של ביופלסטים דורש חדשנות מתמשכת בהנדסת ביו-מעבדים וכימיקליים.

  • (FLT:0) עיבוד ביו-מעבדה (CBPura): FLT ( 1 שילוב ייצור אנזימים, זיכוך, ותסיסה בשלב אחד באמצעות מיקרואורגניזמים מהונדסים.CBP מפחית עלויות הון וסימולציות פעולות, מה שהופך אותו אטרקטיבי במיוחד עבור הזנות תאווסקיות.
  • (ב) ⁇ :0 ביולוגיה ביולוגיה וטמפטיסטית: ⁇ 1 (הידועים ב-[[1924]]) ,[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]], [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]]]
  • (FLT:0Chemocatalytic ההמרה: FLT:1 תהליכים קטליטיים יכול להמיר סוכרים בעלי ידע ביולוגי ולחנין לתוך אבני בניין כגון חומצה פרונדקבקסיליק (FDCA), אשר משמש לייצור פוליאתילן פרואנוט (PE) - ביצועים גבוהים ביופלסטיים עד PET כי להמיר לאמודן ישירות לתוך מונוגנציה ללא תסיסה גם כן.
  • (FLT:0) שילוב ביו-פרינפיר: FLT:1 ייצור ביופלסטים לצד דלקים ביו-דלקים, ביו-אנרגיה, ו ביו-מוצרים ביו-פריפרי משפר את היעילות הכלכלית והמשאבים הכוללת. לדוגמה, צמח אתנול תאואולי יכול להסיט חלק מזרימת הסוכר שלו לייצור PHA, תוך שימוש בשפכים ובכוח מתהליך אלתול.

יתרונות סביבתיים וכלכליים

הערכת מחזור חיים (LCA) מחקרים מראים באופן עקבי כי הדור הבא של bioplastics מציעים הפחתה משמעותית בגז חממה (GHG) בהשוואה לפלסטיקים קונבנציונליים - לעתים קרובות על ידי 50-80% בהתאם לתוואי ההזנה והייצור.כאשר שאריות פסולת משמשים, היתרונות הם מוגברים כי פחמן ביומסה נקבע לאחרונה מן האווירה, ואין שינוי נוסף הקרקע מופעל, יתר על ידי שפכים מפלסטיק, בנוסף, מסטיקה מתמשכת של שפכים פלסטיק מחוסנים מעוקלים, ודימום פלסטיק.

מבחינה כלכלית, המגזר הביופלסטיסטיק יוצר שווקים חדשים עבור שאריות חקלאיות ויבולי אנרגיה, המציע זרמי הכנסות נוספים עבור החקלאים וקהילות כפריות.על פי FLT:0;0) אירופאיות BioplasticssofFLT:1, יכולת הייצור העולמית של ביו-פלסטיק צפויה לגדול מ -2.2 מיליון טון ב-2022 ל-6.3 מיליון טון עד 2027, בעיקר על ידי דרישה באריזות, טקסטיל, מוצרי דו-פיראט ומוצרים ביולוגיים.

יתר על כן, הדור הבא של bioplastics להתאים לעקרונות כלכלה מעגלית.הם יכולים להיות ממוחזרים מכניים או ממוחזרים מבחינה כימית, מוסגר, או מעוכלים באופן מובנים כדי לשחזר אנרגיה וחומרים מזינים.הפיתוח של זרמי מחזור תואמים ותקני תוויות הוא מתמשך, עם יוזמות כגון FLT:0Association of פלסטית RecyclersF:1LT 1 פועל כדי להבטיח bioplastics תואם תשתיות קיימות.

אתגרים לOvercome

למרות ההבטחה, יש לטפל בכמה אתגרים לפני הדור הבא של הביופלסטיקים יכולים להתחרות בקנה מידה עולמי.

אתגרים טכניים

רבים של חומרי גלם, במיוחד ביומסה ליגנוקולוסית, הם realcitrant כדי לשבור. Efficient ו סביר שיטות טיפול נדרשים לשחרר סוכרים מותס ללא ייצור חומרים מעכבים.העלות הגבוהה של אנזימים (תאים, hemicellulas) נשאר מחסום, למרות אנזימים מחדש ופיתוח של אנזימים חזקים יותר הם גם להפחית את עלויות גבוהות של מיקרוסקופיות ו-מיכות גבוהה.

אתגרים כלכליים וסקאליים

עלויות הייצור של ביופלסטים הדור הבא עדיין גבוהות יותר מאלה של פלסטיק מבוסס נפט ברוב היישומים.העלות של איסוף הזנות, תחבורה, ועיבוד יכול להיות משמעותי, במיוחד עבור שאריות חקלאיות בעלות נמוכה של נפט.כלכלה של קנה מידה עדיין לא התגשמו במלואו; רוב הצמחים הביופלסטיים קטנים יותר מאשר עמיתיהם הזעירים.

ניהול חיים

בעוד רבים הדור הבא של bioplastics נועדו להיות biodegradable, מערכות ניהול פסולת קיים אופטימיזציה במידה רבה עבור פלסטיק קונבנציונלי. אימפולסים מיון יכול לסווג זרמי מחזוריים.יש צורך תוויות ברורה, חינוך צרכני, והשקעה במתחת ו annaerobic העיכול תשתיות. כמה ביופלסטים דורשים תנאים מגובשים תעשייתיים (זמן, לחות מיקרוביטית) הם למעשה לא זמין סביבה ביולוגית.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

המסלול לדור הבא ביופלסטיקה מבטיח, עם מחקר המתמקד במספר תחומים מרכזיים.עדיפות אחת היא פיתוח ביופלסטיקה "דרופ-אין" זהה מבחינה כימית לפולימרים הקיימים (למשל, ביו-פולטילין, ביו-פואליפרופילן) וניתן לעבד במכונות קיימות ומחזרותק גבול אחר הוא יצירתם של פולימרים עם תכונות שאינן מתואמות, כגון חומרים חכמים, כגון חיישנים פתוחים, כגון חיישנים, כגון חיישנים, תרופות ויזואליים, כגון ויזואליים, כגון ויזואליים, תרופות חיישנים חכמים או ויזואליים, כגון ויזואליים, כגון חיישנים חדשים, כגון חיישנים חדשים, תרופות ויזואליים, כגון ויזואליים, כגון ויזואליים, ויישומים ויזואליים, כגון ויזואליים, תרופות ויזואליים, ויישומים ויזואליים, ויישומים ויזואליים, ויישומים ויזואליים, כגון , ויישומים ויזואליים, ויישומים , כגון ויזואליים, כגון ויזואליים, כגון ויזואליים, תרופות ויזואליים, תרופות חיישנים חכמים, ויישומים חיישנים חכמים, ויישומים ויזואליים, כגון ויזואליים, ויישומים חיישנים חדשים ויזואליים, חיישנים חדשים ויזואליים,

הביולוגיה הסינתטית ממשיכה להרחיב את ארגז הכלים של מיקרואורגניזמים ואנזימים המסוגלים להמיר הזנות מגוונות לתוך מונומרים ופולימרים הרצויים. פריצות דרך האחרונות בעריכה מבוססת CRISPR יש התפתחות מתוחה. בינתיים, התקדמות בכימיה קטליטית מאפשרת המרה ישירה של ביומסה למונומרים ללא התסיסה, צמצום המורכבות והשימוש במים.

מדיניות ונהגי שוק מתפתחים גם.האסטרטגיה של האיחוד האירופי והדירקטורים הפלסטיים הבודדים מעודדים את החלפתם של פלסטיקים קונבנציונליים עם חלופות מבוססות ביולוגית וניתן להעלות על הדעת.התחייבויות התאגידיות לפליטת אפס וניטראליות פלסטיק הן דרישה לצריכת חומרים מתוחכמים המבוססים על בסיס קיבולת.

שיתוף פעולה בין בעלי העניין - פארמרס, ספקי מזון, מהנדסי ביו-מעבד, מדעני פולימרים, בעלי מותג, מחזרים וקובעי מדיניות - יהיה קריטי להתגבר על מאגרים הנותרים. Open-access עבור נתונים של LCA, מפות זמינות הזנות, ודירוג טכנולוגיה יכול לעזור להנחות קבלת החלטות.טייסים ומתקנים להדגמה כי בדיקות מושגים משולבים בקנה מידה ריאלי הם חיוניים לטכנולוגיה מסוכנת לפני פריסה בקנה מידה מלא.

לסיכום, הדור הבא של bioplastics שמקורם ביו-אנרגיה להאכילstocks מציעים נתיב מציאותי ואפקטיבי להפחית את טביעת הרגל הסביבתית של פלסטיק.על ידי שימוש ביומסה ובזבוז, שיפור תכונות החומריות, והתאמה עם עקרונות כלכלה מעגלית, חומרים אלה לטפל הן משאבים ונקודות פסולת של בעיית הפלסטיק.