Son yıllarda, sürdürülebilirlik için küresel itenk, gıda ürünlerinin veya daha düşük özellikleri olmayan malzemelerin aramasını teşvik etti. Sonraki nesil biyoplastikler biyoenerji yemlemelerinden elde edilen biyoplastikler, plastik kirliliği ele almak ve son zamanlardaki fosil kaynaklarına bağımlılığı azaltmak için dönüştürücü bir yaklaşım sunuyor.Bu makale, gıda ürünlerinin veya daha düşük özellikleriyle, bu gelişmiş malzemeler, bu biyo-enerji giderlerini ortaya çıkarmak için çeşitli organik yemlemelerden yararlanıyor - bu biyomalzemelere verilen vaatleri ve bu tür kimyasalları üretmek için.
Bioenerji Feedstocks'ı anlamak
Biyoenerji yemi, özellikle enerji, yakıtlar ve biyoproducts içine dönüşüm için yetiştirilen organik malzemelerdir. Doğa tarafından yenilenebilirdir, çünkü onlar nispeten kısa sürede yeniden inşa edilebilir veya biyoplastikler bağlamında, yemstocks, polimer zincirler inşa etmek için gerekli olan karbon zengin molekülleri sağlar.
Beslenmeler genellikle üç ana türe ayrılmıştır: tarımsal kalıntıları (örneğin, mısır soba, buğday samanı, şekerli çantaları), özel enerji bitkileri (örneğin, jcanthus, kısa-rotasyon poplar), ve atık biyoküttürleri (örneğin, gıda atıkları, belediye katı atıkları, orman kalıntıları) Algae ve diğer su biyokütleri de yüksek verimlilikleri nedeniyle umut verici olarak ortaya çıkıyor.
Bioplastikler için Bioenerji Feedstocks neden?
Geleneksel olarak, birçok ilk nesil biyoplastik ( polilactic asit, PLA) mısır ve şekerli gibi gıda ürünlerine dayanıyordu.Bu ürünler verimli şekilde fermentable şekerler kaynakları olsa da, arazi kullanımı ile ilgili endişeler, gıda fiyat dalgalanmaları ve dolaylı sera gazı emisyonlarının azaltılması, daha sonraki nesil biyoplastikler, her iki ekonomik yakıtların ve atık akışlarının da geliştirilmesi ve iyileştirilmesi gibi - biyolojik yakıtların artırılması veya sorunlu kalıntıların artırılması gibi - biyolojik üretimlerin genel sürdürülebilirliğini artırabilir.
Bioplastik Development
Son on yılda yapılan araştırmalar, düşük ısı toleransı ve yüksek üretim maliyetleri dahil olmak üzere birkaç sınırlamaya ihtiyaç duyuyor.Bir sonraki nesil biyoplastikler, daha önce kötü mekanik güç, düşük ısı toleransı ve yüksek üretim maliyetleri dahil olmak üzere birkaç kısıtlamaya işaret ediyor.
Geliştirilmiş Malzeme Özellikleri
Yeni polimer formülasyonları ve işleme teknikleri, gelişmiş güç, esneklik ve termal istikrar ile biyoplastikler elde etti. Örneğin, polihidrojenler (PHPA) tarafından üretilen polihidrojenler ve ısı defekiz sıcaklığı şimdi çok sayıda mekanik davranış sergilemek için mühendisi olabilir - sert termoplastiklerden elastomerlere - aynı zamanda plastikler ve dayanıklı ambalajlar ile aynı şekilde ayarlandığında, plastikler veya nanocellülozlar tarafından üretilen polihidrojenler önemli ölçüde gelişmiştir.
Maliyet-Effective Production
Biyoplastikler için büyük engellerden biri, düşük maliyetli atık yemlemelerini kullanarak - mısır soba, şekercane bagasse veya hatta karışık belediye kaybı -producerslar ham maddi masrafları azaltabilmektedir. Ayrıca, fermentasyonda ilerlemeler ve enzymatik Hidrolojik atıkların artması ve daha düşük enerji gereksinimlerine yol açan biyoplastik üretimin entegrasyonu gibi.Mevcut biyoyakıtlı atıkların ve hücreli tanol veya hücreli tanol bitkilerini azaltılabilir.
Biyodegradability ve Boşluk
Plastik atıklar hakkında çevresel endişeler, yönetilen veya doğal ortamlarda güvenle biyodegrada talep ediyor. Sonraki nesil biyoplastikler kontrollü bozulma profilleri ile tasarlanmıştır.Bazıları PHAs gibi, toprak ve deniz koşullarında yenilenebilir içerik, modifiye edilen PLA gibi diğerlerinden koparılabilir.
SonrakiGeneration Bioplastiks için anahtar besleme yolları
feedstock'un seçimi, biyoplastiklerin sürdürülebilirliği ve ekonomik fizibilitesini ağır etkiler. Aşağıda, araştırılan ilk yol yolları vardır.
Tarım Residues
Tarım kalıntıları - mısır sobası, buğday saman, pirinç husks ve şekerli çantalar gibi - bol miktarda, düşük maliyetlidir ve doğrudan gıda üretimi ile rekabet etmezler.Politikalar ve yüksek değerli kimyasallara ve biyopolimerlere dönüştürülürler.
Özel Enerji Bitkileri
Perennial çimleri (switchgrass, yanlışcanthus) ve hızlı büyüyen ağaçlar (göster, poplar) özellikle biyokütme üretimi için yetiştirilir. Bu ürünler yüksek verimler düşük giriş gereksinimleriyle (fertiliteler, su, pestisitler) yüksek oranda, gıda ürünleri için uygun olmayan, yüksek kaliteli bir basınç sağlar.
Atık Biomass ve Algae
Belediye katı atıklar, gıda işleme kaybı ve orman kalıntıları giderek değerli kaynaklar olarak görülüyor. Organik atıkların anaerobik sindirmeleri PHA üretimi için öncüler olarak hizmet eden uçucu yağ asitleri üretebilir. Algae, hem mikroalgae hem de makroalgae, eşsiz avantajlar sunar: tuz su veya atıksu içinde yetiştirilebilir, yüksek fotoğraflarda da asitli bir miktar karbon veya yağ asidik bir şekilde yakalayabilirler.
Biyoplastik Üretimde Teknolojik Gelişmeler
Gelecek nesil biyoplastikler, biyoişlem ve kimya mühendisliğinde sürekli inovasyon gerektirir.
- [FONT:0)Konsolidasyon biyoişlemleme (CBP):), enzim üretimini, çuvallama ve inşaatları tek bir adımda mühendisi mikroorganizmaları kullanarak. CBP, sermaye maliyetlerini azaltır ve özellikle hücreli yemlemeler için cazip hale getirir.
- [FONT:0]Synic biyoloji ve metabolik mühendisliği: Mikrobesler, doğrudan karmaşık biyokütlelerden elde edilen biyomalzemelerden elde edilen biyomalzemelerden (Döneticisel biyoloji ve metabolik mühendisliğin) elde edilen ve genişleyen monomerlerin sayısını genişletmek için mühendisidirler.
- [FONT:0)Chemocatalytic Dönüşüm: [DCA] Catalytic processes, klüt şekerleri ve ligin bina bloklarına doğrudan kürk ve karkutucu asit (FDCA) dönüştürülen yüksek performanslı biyoplastik, lütatif olarak, bu da polipisli dudakları üretmek için kullanılır.
- [FONT:0]Biorefinery entegrasyonu:[Dönetici:[Dönetici:0) Biyokimyasal, biyoenerji ve biyoproducts in a biorefinery, genel ekonomi ve kaynak verimliliğini geliştirir. Örneğin, bir hücreli etanol bitkisi, pHA üretimine bir kısmını ayırabilir, etanol işleminden atık ısısını ve gücünü kullanarak.
Çevre ve Ekonomik Faydaları
Yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA) çalışmaları sürekli olarak bir sonraki nesil biyoplastiklerin atmosferde önemli azalmalar sunabileceğini gösteriyor ve daha sonra yapılan plastiklerin -% 50-80'lerin beslenme ve üretim rotasına bağlı olarak, atıkların verimsizliğinin azaltıldığı zaman, biyokütlelerdeki karbonlar ve okyanuslarda daha kısa sürede sabitlenmedi.
Ekonomik olarak, biyoplastik sektör tarım kalıntıları ve enerji ürünleri için yeni pazarlar yaratıyor, çiftçiler ve kırsal topluluklar için ek gelir akışı sunuyor.Üye göre, Avrupa Biyoplastikleri), biyoplastikler için küresel üretim kapasitesi, 2022 yılında 2.2 milyon tondan fazla büyümeye bekleniyor, büyük ölçüde ambalaj, tekstil ve tüketici malları talep ederek.
Ayrıca, bir sonraki nesil biyoplastikler dairesel ekonomi ilkeleri ile uyumludur. Plastik geri dönüşümleyicilerin (FLT:1) biyoplastiklerin enerji ve besinlerin geri kazanılması için desteklenmektedir.
Overcome için meydan okumalar
Sözcülüğe rağmen, önümüzdeki nesil biyoplastikler küresel ölçekte rekabet edebilir.
Teknik Meydanlar
Birçok yemleme, özellikle lignocellusic biyomass, daha dayanıklı enzimlerin geri dönüşümüne rağmen, heterojen biyokütle kaynaklarından kaynaklanan kriyoloji yöntemlerinin hazırlanması zor. - Proleler, hemicellulalar) yüksek maliyet, daha sağlam enzimlerin geri dönüşümü ve geliştirilmesi maliyetleri azaltmaktadır. Ek olarak, heterojen biyokütme kaynaklarından gelen polimer kalitesi hesaplamalar için tutarlı bir monomer saflık ve polimer kalitesi sağlamak zordur.
Ekonomik ve Scaling Challenges
Gelecek nesil biyoplastikler için üretim maliyetleri hala en fazla petrol bazlı plastiklerin çoğu uygulamadaki maliyetinden daha yüksektir.Tarımsal olmayan alternatifler için özellikle düşük fiyatlar için, biyo bazlı içerik için yetkiler gibi - petrol fiyatlarındaki artışlar da biyo-yaratıcı alternatiflerle ilgili olarak.
Endof-Life Management
Bir sonraki nesil biyoplastikler biyomalze edilebilir olmak için tasarlanmıştır, mevcut atık yönetimi sistemleri geleneksel plastikler için büyük ölçüde optimize edilmiştir.Rektör türleme geri dönüşüm akışları azaltılabilir.Gerçekten gerçek dünyadaki ortamlardaki açık bir etiketleme, tüketici eğitimi ve kompostlama ve anaerobik sindirme altyapısına yatırım yapmak için gereklidir. Bazı biyoplastikler her zaman mevcut olmayan endüstriyel kompiyonlar için (küresel, nem, mikrobiyolojik aktivite) gerektirir.
Future Outlook ve Araştırma Yolu
Bir sonraki nesil biyoplastikler için yörünge umut verici, birkaç anahtar alana odaklanan araştırma ile.Bir öncelik, petrol bazlı malzemelerle eşsiz özelliklerle eşsiz "görüntü" biyoplastiklerin geliştirilmesidir (örneğin, biyo-polipropylene) ve mevcut makinelerde işlenebilir.
Sentetik biyoloji, çeşitli yemlemeleri istenen monomerler ve polimerler haline getirebilen mikroorganizmaların ve enzimlerin araç kutusunu genişletmeye devam ediyor. CRISPR tabanlı genom düzenlemedeki son atılımlar hızlanmış su kullanımı olmadan biyomasötik kimyadaki gelişmeler.
Politika ve piyasa sürücüleri de gelişmektedir. Avrupa Birliği Biyoeconomy Strateji ve Single-Use Plastikler Direktifi, biyo bazlı ve biyodegrad edilebilir alternatiflerle geleneksel plastiklerin altüst edilmesini teşvik ediyor. Kurumsal taahhütler son beş yılda net-zero emisyonlar ve plastik tarafsızlığa yönelik talepler sertifikalı biyo-bazlı malzemelere göre.
Paydaşlar arasındaki işbirliği - şekerleme tedarikçileri, biyoişlem mühendisleri, polimer bilim adamları, marka sahipleri, geri dönüşümciler ve politika yapıcılar - LCA verileri için erişim veri tabanları, yemleme haritaları ve teknoloji kriteri, tümleşik biyorefinery kavramlarını test eden planlama tesisleri, tam ölçekli dağıtımdan önce risk alma teknolojisi için kritik olacaktır.
Sonuç olarak, biyoenerji yemlemelerinden elde edilen bir sonraki nesil biyoplastikler, plastik problemin kaynak ve atık yanlarını ele alan gerçekçi ve etkili bir rota sunuyor.Süre olmayan biyokütme ve atıklar kullanarak, maddi özellikleri geliştirmek ve gelecekteki maddi peyzajla uyumlu hale getirmek için, bu malzemelerle ilgili olarak, tüm potansiyellerini ve altyapı sorunlarını çözmeye ve daha dayanıklı plastikleri sağlamak için gerekli olan bir araştırma ve yatırıma ihtiyaç duyuyorlar.