Giriş: Sürdürülebilir polimerlere olan geçiş
Modern malzemeler bilimi, çevresel endişeler olarak temel bir geçişe maruz kalıyor. Polimer endüstrisi, uzun süreli petrokimyasal yemstocklere bağımlı, şimdi karbon ayak izinini azaltmak, en aza indirmek ve sadece fonksiyonel olmayan polimerlere doğru hareket etmek için baskıya maruz kalıyorlar. Bu makalede, biyo bazlı monomerlerin ek polimerizasyonda kabul edilmesi.Bu monomerler, sonlu fosil yakıtlardan ziyade yenilenebilir biyolojik malzemelerden kaynaklanıyorlar.
Bio-Based Monomers nedir ve Addition Polimerizasyonda Nasıl Çalışıyorlar?
Biyo bazlı monomerler yenilenebilir biyokütlelerden elde edilen küçük moleküler birimlerdir - iğneler, algler, tarımsal kalıntıları ve hatta mikrobiyal fermentasyon süreçleri. evcil hayvanatistik meslektaşlarının aksine, ham petrol veya doğal gazdan sentezlenen biyo- bazlı monomerler [fotoğraflar, ferment, ferment, ferment, kreatifler, veya enzimler) tarafından oluşturulur.
Ek polimerizasyonda, bu monomerler, doymamış tahvillerin (tipik olarak karbon-karbon çift tahvilleri) uzun polimer zincirleri oluşturmak için birlikte açık ve bağlantıya sahip oldukları zincir bazlı veya petrokimya temelli –radical, kediyonik veya ansiklopedik bir başlangıç kullanılabilir – bu yüzden tüm üretim hatlarının yeniden tanımlanması gerekmez.
Condensation Polimerizasyondan Anahtar Farklılık
Bu, kondensasyon polimerizasyondan ek polimerizasyonunu ayırt etmeye değer, çünkü birçok biyo- bazlı polimer (örneğin laktik asitten polyesterler) aslında kondensasyon yoluyla üretilir. Ancak, burada temel polimerizasyona odaklanır, bu malzemelerdeki temel polimerler artık biyo-yapıcı (PP) ve polivinil hidrol (HP) ve poliilhidrojen asit (PMMA) gibi gelişmiştir.
Eklenme Polimerizasyonunda Bio-Based Monomers Kullanımının Çevre Faydaları
Fosil tabanlı biyo bazlı monomerlerden gelen geçiş avantajları birden fazla çevresel boyutta yoğunlaşır. Aşağıda en önemli faydalardan ayrıntılı bir incelemedir.
Karbon Ayak izi ve Sera Gaz Emisyonları Azaltıdı
Biyo bazlı polimerler üretildiğinde veya incinerated, büyüme sırasında bitkiler tarafından üretilen CO2 tarafından emilendir. Bu, petrolden gelen yakın karbon-nötr döngüsü yaratır.
Biodegradability and End-of-Life Options
Birçok biyo- bazlı polimerler - özellikle de plastik olarak plastik deterjan gibi organik polyesterler, yüzlerce yıl boyunca çevrede devam eden ve okyanuslarda ve topraklarda mikroplastiklerin birikimini azaltmaktadır. Ancak, endüstriyel kompostlama koşulları altında biyodegrad edilebilirlik, belirli koşullar (ısım, nem, mikroorganizmalar); tüm biyo-yaratıcılar için doğal olarak aynı zamanda kimyasal ortamlardaki mikroplastikler ve aynı zamanda kimyasal maddeler için de geçerlidir.
Fossil Yakıtlara Bağlanma
Birleşmiş Milletler Çevre Programı, kimyasal endüstrinin, petrol ve gaz üretiminden yaklaşık% 10 oranında tüketildiğini tahmin ediyor, öncelikle petrol piyasalarında dalgalanmalara karşı endüstriyi altüst ederek, tarım, biyoteknoloji ve biyorefining.
Düşük Toksiklik ve Safer Synthesis Pathways
Petrokimya monomer üretimi genellikle tehlikeli ortalar, yüksek sıcaklıklar ve farmasötik asitin toksik veya ağır metallerin kullanılması gibi katalizörler içerir. Buna karşılık, birçok biyo bazlı monomerler, daha az sayıda sıvı veya hafif kimyasal dönüşüm ile üretilir ve genellikle suları enzimler olarak kullanarak kullanılır. Örneğin, itaconic asiti, farenji veya retin oksit kullanımını önlemek için üretilir.
Yenilenebilir Beslenme ve Geometrik
Biyo bazlı monomerler yıllık yenilenebilir biyokütlelerden kaynaklandığı için - milyonlarca yıldan fazla süre gerektiren jeolojik depozitolardan değil - doğal olarak bir dairesel ekonomi modeline uyum sağlarlar. İkinci nesil yemlemeler (önemli polimerler) daha fazla arazi kullanımı endişeleri azaltılabilir.
Eklenen Polimerizasyonda Kullanılan Biyo- Tabanlı Monomerlerin Türleri
Geniş çeşitlilikte biyo bazlı monomerler geliştirildi, her biri farklı özellikleri ve uygulamaları. Aşağıdakiler bugün en ticari alakalı arasındadır.
- [FONT:0]Bio-pit [Dönetici] [Dönetici] [Dönetici]:0)Bio-pit [[Dönetici] [Dönetici:0))))) - Şekercane, mısır veya hücre biyoskemal biyokütlelerden yapılan biyokimyasal biyo-PE, biyo-HP ve diğer nüksler için doğrudan kullanılabilir.
- [FONT:0)Lactic asit (kökezmiş yüzük açma)[D][/FONT][/TRNT)[tr|S][/FONT=0)[tr|D][/FONT=0))[değiştir | kaynağı değiştir]
- [FONT:0]Itaconic asit[[Dönetici: 1)) - filamentli mantarlar fermentasyondan elde edilen, itaconic asit, poli(itaconic asit) ve kopolimerlere, dispersiyonlara ve biyomedikal hidrojekteslere ek olarak polimerize edilebilir.
- [FONT:0)Acrylic asit (biyo- bazlı)) – Entrik asitten Yenilenebilir rotalar, glycerol veya 3hidrxyproponik asit şimdi süperabsorbent polimerlerde kullanılmak için biyo- bazlı bir akrilik asit verir.
- [FONT:0]1,3-Amaadiene[Dönetici: 1) Biyo bazlı amaadiene, Lebedev sürecinden etanol yapılabilir, biyo bazlı sentetik kauçuk (polybutadiene) ve ABS plastiklerin üretimine olanak sağlar.
- [FONT:0]Styrene (biyo- bazlı)) - hala pilot ölçekde, ligin veya mikropajdan biyo bazlı styrene ve styrene-butadiene kauçuklarına bir rota sunuyor.
Karşılaştırmalı Çevre Etkisi: Bio-Based vs. Fossil-Based Monomers
Yaşam döngüsü değerlendirme (LCA) çevresel performansı karşılaştırmak için en titiz çerçeve sunar. Çeşitli LCAs biyo temelli ek polimerler üzerinde yapılmıştır.
B:0)Case: Biyo-Poly ESP[DÜT:1) – Avrupa Biyoplastik Birliği tarafından biyo-PE (köneden) fosil-PE ile karşılaştırılıyor, biyo-PE, polimerin başına 30-40% 30-60 daha az yeni olmayan enerji kullanıyor.
[FONT:0)Case: Polylactic Asit[DÜT:1) - A NREL çalışması, PLA'nın mısırdan (reksiyon ve son yaşam kompostlama dahil) CO2 emisyonlarını %63 oranında azaltır, çünkü PS'ye kıyasla% 30-50 daha az fosil enerji gerektirir. PLA ayrıca yaşam döngüsü boyunca% 30-50 daha az fosil enerji gerektirir.
[FONT:0)Case: Bio-Acrylic Superabsorbents[[Dönetici: 1 ) - 2022 yılında yapılan çalışma, bu katalizörü kullanarak, biyolojik bazlı bir akrilik asitin% 45'i ve küresel ısınma potansiyelini% 50 oranında daha düşük olduğunu tespit etti.
Bu LCAs sürekli olarak biyolojik tabanlı monomerlere geçişin net çevresel faydalarını, özellikle iklim etkisi ve fosil kaynak kesintisinde olduğunu göstermektedir. Yararlanma büyüklüğü, tarım uygulamaları ve son yaşam yönetimine bağlıdır.
Endüstriyel Uygulamalar ve Gerçek Dünya Örnekleri
Biyo tabanlı monomerlere geçiş bir laboratuvar merakı değildir; zaten ticari ürünlerde gerçekleşiyor.
- [FONT:0)Package: [Dönetici: [Dönetici:0) Global şirketler Coca-Cola, Danone ve Nestlé, şişe kapaklarında biyo-PE (eskiden şekerli) kullanıyor. Danone'nin Activia yoğurt konteynerleri biyo-PE'den yapılıyor.
- [FONT:0]3D Printing: PLA filament masaüstü 3D yazıcılar için en popüler malzemedir, düşük savaş, güvenli koku ve komponability sunar. Büyük üreticiler DoğaWorks ve TotalEnergies Corbion içerir.
- [FONT:0)Farklı tablolar: [Dönetici: [Düzg: 1) PLA çilekler, bardaklar ve kesikler artık restoranlarda ve gıda zincirlerinde tek kullanımlık plastiklere alternatifler olarak yaygındır.
- [FONT:0)Biomedical Cihazlar: [Dönetici: 0,4][/tr|küresel-koli asit) (PLGA), ilaç teslim sistemleri ve doku mühendisliği scaffolds, biyodegradability işlevsel bir gerekliliktir.
- [FONT:0)Automotive Interiors:[Dönetici:[Dönetici: 0) Bio-based Atari (B-propylene) panjurlar, kapı panelleri ve Toyota ve Ford tarafından kullanılan koltuk, araç ağırlığı ve karbon ayak izi azalt.
Bio-Based Monomers'in meydan okumaları ve Sınırları
Açık çevresel avantajlarına rağmen, biyo tabanlı monomerlerin ek polimerizasyonda yaygın olarak benimsenmesi birkaç engelle karşı karşıyadır.
Maliyet Rekabetçiliği
Biyo bazlı monomerler genellikle petrol bazlı eşdeğerlerinden 20–100 daha fazla mal olur. Örneğin, mısırdan gelen biyokimya, gıda yerine 1,50-2.00 $ 'lık daha ucuz tarım kalıntıları kullanarak - yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş
Arazi ve Su Kullanımı
İlk nesil biyo bazlı monomerler bu sorunları hafifletebilir, ancak henüz ticari olarak olgun olmayan ileri pretedasyon teknolojileri ve dönüşüm teknolojileri talep edebilirler.
Performans ve Emlak Gaps
Bazı biyo tabanlı polimerler, biyo-yaratıcı bileşiklerle düşük ısı stabilitesi veya bariyer özellikleri geleneksel plastiklerle karşılaştırıldığında daha düşük ısı geçişi sıcaklığına sahip, yüksek çözünürlük ve fiyat maliyetine uygun olarak, yüksek çözünürlük uygulamaları için uygun olmayan bir şekilde. Copolimerization with bio-based bileşikler (e.g., with caprolone) or blending with other polimers can improve these properties, at the cost of increased complex and price.
End-of-Life Infrastructure
Biyodegradable biyo bazlı polimerler, biyodegrad edilebilirliğin fayda sağladığı yerlerde, biyodegrad edilebilirliğin ortadan kaybolduğu, endüstriyel kompostlama tesislerini etkili bir şekilde ortadan kaldırmak için gerektirir. Birçok belediye bu altyapıyı yoksundur, arazi dolum veya incinerasyonda uygunsuz tasarrufa yol açıyor.
Geri dönüşüm Uyumluluk
PLA gibi biyo bazlı polimerler geleneksel PET geri dönüşüm akışını azaltabilir çünkü benzer bir görünüme sahipler, ancak farklı erime noktalarına sahiptir. Bu, ayrı koleksiyon akışları aramak için bazı geri dönüşümlere yol açtı.
Future Outlook ve Araştırma Innovations
Önümüzdeki on yıl, biyo bazlı monomerler birçok ek polimer için varsayılan seçimi yapabilen birkaç alanda hızlı ilerleme görecek.
- [[Düzücüler:0) İleri Feedstocks:[Dönetici:[Dönetici:0) İlerici Feedstocks:[Dönetici:0)[Dönetici:0))En iyileştirici mikroplar: Şirket LanzaTech çelik-mill off-gases ve onları biyolojik olarak dönüştürebilen bir süreçtir ve bu da biyo-profeksiyona karşı hidrasyona neden olabilir.
- [FONT:0)Enzymatik Polimerizasyon:[Dönetici:[Dönetici:0)Enzymes like lipases and laccases can catalyze ek polimerizasyon in water at hafif koşullarda, sert çözücüler ve katalizörleri ortadan kaldırmak, bu “yeşil kimya” yaklaşımı hala erken aşamalardadır, ancak yüksek hacimli polimerlere söz verir.
- [FONT:0)Blocking Technology:[Dönetici:[Dönetici: 0) Chemists, biyo temelli sırt kemiğini, inşa edilmiş yeniden kullanılabilirlik ile birleştiren polimerler gibi, yaşamın sonunda monomerlere (kimyasal geri dönüşümün monomerlere veya CRM’ye) tasarlıyor.
- [FONT:0]AI ve Machine Learning:[Dönetici:[Dönetici:0) C ⁇ potansiyel biyo tabanlı monomerlerin ve reaksiyon koşullarının taraması, laboratuvardan pazara kadar zamanınızı azaltır.
SAYI:0)Novamont[DÜT:1) tarafından yapılan bir rapora göre, biyo-yaralı polimerler için önde gelen bir biyoplastik şirket, 2023 yılında 2.4 milyon ton büyüme projesine göre, tüketici talep ettiği, şirket sürdürülebilirliği taahhütleri ve tek kullanımlık plastiklere yönelik düzenlemelere yol açtı.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Biyo-yapaylaşmış monomerlerin ek polimerizasyondaki kullanımı, ürünlerin en somut ve ölçeklenebilir stratejilerinden birini temsil eder.Dörtsel kimya endüstrisindeki ilerlemeler, yenilenebilir biyolojik kaynaklarla birlikte, üreticiler sera gazı emisyonlarını azaltabilir ve yasal baskıyı azaltabilir.Demokratlı bir ekonomi ile uyumlu değildir.