Lapp, d.o.o.
Plastiko najdemo vsepovsod, kamor pogledamo. Je bistvenega pomena za naše zdravje, skrb za higieno ter varnost in zaščito hrane.
Najdemo jo v strojih in izdelkih industrijskih obratov po celem svetu. Iz nje so narejeni npr. deli za avtomobile, vetrne turbine, kakor tudi izolacija kablov.
Plastika je kolektivno poimenovanje za širok nabor materialov, ki temeljijo na polimerih. Polimere oziroma plastiko pridobivamo primarno iz fosilnih virov, vedno več pa se uporabljajo tudi obnovljivi viri.
Glede na vrsto in sestavo plastike ima le ta različne tehnične lastnosti (prednosti in slabosti), zelo pa se razlikuje tudi na področju ločevanja in recikliranja.
Sestava kabla
LAPP kabli imajo številne tehnične lastnosti in so primerni za mnoge aplikacij. Zgodovina podjetja sega v leto 1957 z izumom prvega na olje odpornega fino žičnega kabla z različno barvno označenimi žilami.
Slika 1 prikazuje poenostavljeno konstrukcijo kabla. Bakreni vodniki so oplaščeni z izolacijskimi materiali, kot so polivinil klorid (PVC) ali polietilen (PE). Izolacije se uporabljajo predvsem za izolacijo posameznih vodnikov med seboj. Odvisno od načina uporabe se lahko uporabi tudi bakreni oplet ali folija za EMC zaščito. Zunanji plašč ščiti kabel pred mehanskimi in temperaturnimi obremenitvami ter različnimi kemijskimi spojinami. Najpogosteje se uporabljajo različne plastične mase, PVC, poliuretan (PUR), termoplastični poliuretan (TPU) in druge. Vrsto oplaščenja kabla izberemo glede na namene uporabe in okolje, v katerem se bo nahajal.
Ali je lahko plastika trajnostna rešitev
Plastika ni pomembna le pri proizvodnji kablov, ampak se uporablja na vseh področjih našega življenja. Dandanes le ta opravlja mnogo funkcij; od sterilnih izdelkov v medicini, termične izolacije za zniževanje toplotnih izgub, do zaščite za hitro pokvarljivo hrano. Na vseh teh področjih, in še mnogo drugih, se uporablja plastika, brez katere si sodobnega življenja ne bi mogli predstavljati. Svetovna poraba je precej visoka, leta 2021 je bilo proizvedeno več kot 390 milijonov ton plastike (slika 2). Zaradi nizke gostote je volumen proizvedene plastike mnogo večji kot večina drugih materialov, na primer kovin itd.
Slika 2 predstavlja tri primarne vire za oskrbo s plastiko: fosilni viri, reciklirana plastika in biomasa. Razvidno je, da se več kot 90% celotne plastike na svetu proizvede na osnovi fosilnih virov. Te zaloge niso le omejene ampak tudi pripomorejo k zvišanju količine CO2 v ozračju, kar slabo vpliva na okolje in prispeva k podnebnim spremembam.
Bolj trajnostna rešitev je recikliranje obstoječe plastike, ki omogoča ponovno uporabo in tako pripomore k zmanjšanju vpliva na okolje in zmanjšuje količine CO2 v ozračju, trenutno pa predstavlja le 8% celotne količine izdelane plastike.
Bioplastika je definirana kot plastika, ki je bio-osnovana, torej je proizvedena v celoti ali delno iz naravnih polimerov, ki se pridobivajo iz obnovljivih virov. Te se letno proizvede okoli 1,5%. To je zelo pomembna definicija bioplastike, saj so fosilna goriva tudi rastlinskega in živalskega izvora, kjer se je ogljik tisočletja skladiščil izven zemeljske atmosfere in se ob uporabi ponovno izloča v ozračje. Nasprotno pa se ogljik iz obnovljivih virov absorbira iz ozračja s pomočjo fotosinteze v biomaso. To je zaprt cikel kroženja CO2.
Vrste bioplastik
Pojem bioplastike je razdeljen na dva različna koncepta, bio-osnovano in biorazgradljivo. V osnovi označuje plastiko, narejeno iz biomase imenovano bio-osnovana plastika oz. biobased plastic po angleško. Kot bioplastiko označuje tudi plastiko, ki se naravno reciklira in jo imenujemo biorazgradljiva plastika oz. biodegradable plastic po angleško.
Potrebno je vedeti, da vsaka bio-osnovana plastika ni biorazgradljiva, istočasno pa vsaka biorazgradljiva plastika ni bio-osnovana. Med obema pojmoma torej pride do delnega prekrivanja, ne-ločevanje med enim in drugim pa lahko privede do neprimernega ravnanja z odpadki iz bioplastike.
Biorazgradljiva plastika je biorazgradljiva v različnih okoljih – odvisno za kakšno okolje je bila narejena. Tipi biorazgradljive plastike se glede na okolje, v katerem se bio-razgrajujejo, razlikujejo (v vodi, ob prisotnosti mikroorganizmov, v anaerobnem okolju itd.).
Biorazgradljive plastike so po večini narejene iz celuloze, škroba, tudi iz fosilnih virov. Primarna pogoja za razgradnjo biorazgradljive plastike sta prisotnost mikroorganizmov in primerna temperatura okolja.
Vsi ostali dejavniki prisotnost kisika, vlaga, gostota mikroorganizmov, koncentracija soli in drugi dodatno določajo hitrost razgradnje.
V četrtem kvadrantu v diagramu na sliki 3 so predstavljene tako imenovane konvencionalne plastike. Te plastike so pridobljene na osnovi fosilnih virov, kjer majhne monomere kemijsko vežemo v dolge polimerne verige. Te plastike so v večini primerov zelo obstojne, saj so vezi v polimerinih verigah zelo stabilne in se ne poškodujejo glede na razmere v naravnem okolju. V tem kvadrantu lahko najdemo sledeče plastike: PE, polipropilen (PP), PVC, poliamid (PA) in druge. So v večini primerov dobavljive v večjih količinah in poceni. Biorazgradljive plastike na osnovi fosilnih virov so izdelane na enak način kot konvencionalna plastika s tem, da so vezi med monomeri manj obstojne v prisotnosti določenih mikroorganizmov. Te plastike se nahajajo v tretjem kvadrantu na sliki 3. Zaradi biorazgradljivosti se smatrajo kot bioplastika. V tem kvadrantu lahko najdemo sledeče plastike: polibutilen adipat tereftalat (PBAT) in polibutilen sukcianat (PBS). Imajo dostopno ceno in so dobavljive v večjih količinah. Uporabljajo se na primer za izdelavo folije, ki se uporablja v kmetijstvu.
V drugem kvadrantu najdemo biorazgradljive in bio-osnovane plastike. Ta vrsta plastike je že dalj časa poznana, vendar je njena prisotnost v industriji minimalna. Zaradi 3D tiskanja je postala polimlečna kislina (PLA) zelo popularna v nasprotju z ostalimi predstavniki, kot so polihidroksibutirat (PHB) ali termoplastični škrob (TPS). Biorazgradljivost ima dve prednosti in sicer kot izdelek, ki je namerno postavljen v naravno okolje (zaščita za mlado drevje) in se mora razgraditi in nenamerna postavitev v naravno okolje (obraba krtač cestnega pometača). Vendar pri tehničnih aplikacijah pride v ospredje visoka mera obstojnosti in dolga življenjska doba.
V tem primeru pride v poštev le bio-osnovana in bio-nerazgradljiva plastika, ki jo lahko najdeno v prvem kvadrantu. Obstojnost in dolga življenjska doba sta primerljivi s konvencionalno plastiko s tem, da z uporabo obnovljivih virov delno ali v celoti zaključimo cikel CO2. Primer takšne plastike je polietilen furanoat (PEF), katere kemijska sestava je identična konvencionalni plastiki s to razliko, da je lahko proizvedena na osnovi obnovljivih virov, npr. kot bio etanola. Prednost te plastike je, da lahko uporabimo bio-osnovan surov material z minimalnimi spremembami proizvodnega procesa.
Proizvodnja surovega materiala za bio-osnovano plastiko
Virov surovega materiala za bio-osnovano plastiko v naravi je na pretek. Nekatere polimere najdemo v naravi, celo v bakterijah in algah, kjer presežek energije pretvorijo v polimere in nato jih ob pomanjkanju energije ponovno razgradijo. Enak princip se uporablja v industriji pri procesih na osnovi fermentacije, kjer se iz polimerov, proizvajajo nižje polimerne enote, kot so različno veliki oligomeri in monomeri.
Veliko osnovnih gradnikov bio-osnovane plastike predstavljajo visoko kalorični ogljikovi hidrati, kot npr. sladkor, škrob, in olja. Ker se ti gradniki uporabljajo tako v prehranjevalni verigi, kakor tudi pri proizvodnji plastike, lahko v prihodnosti pride do konflikta med dobavo surovega materiala za proizvodnjo plastike in pridelavo hrane. V letu 2022, se je približno 0.015 % celotne rodovitne površine na Zemlji uporabilo za pridelavo surovega materiala za proizvodnjo bio-osnovane plastike.
Omejitve pri proizvodnji bioplastike
Vsi gradniki plastike še niso na voljo na bio-osnovi, kar pomeni, da se v določenih segmentih proizvodnje uporabijo tako bio-osnovane, kot konvencionalne kemikalije za sintezo plastike. V takšnem primeru govorimo o delno bio-osnovani plastiki. Količina bio-osnovanega surovega materiala se določi glede na vrsto plastike. ki se proizvaja. Iz slike 5 je razviden izračun vsebnosti bio-osnovanega materiala.
Za delno bio-osnovano plastiko je vsebnost ne-bio-osnovane komponente zelo pomembna. Kljub temu, da je možno PVC delno proizvesti iz bio-osnovanih sestavin, je vredno omeniti, da se konvencionalni PVC ravno tako proizvaja iz bio-osnovanih aditivov. Iz tega razloga se PVC smatra kot delno bio-osnovan kljub temu, da je PVC v celoti proizveden iz fosilnih virov.
Primeri uporabe bioplastike
Leta 2022 se je proizvedlo več kot 2 milijona ton bioplastike (slika 6), kar lahko razdelimo približno na pol med biorazgradljivimi in bio-nerazgradljivimi plastikami. Različne vrste plastike so zelo razvidno označene za končne uporabnike.
V razvoju so številne ekološke nadgradnje proizvodnih postopkov priprave bio-osnovanih polimernih komponent. LEGO je, pod sloganom »Plants from plants« (»rastline iz rastlin«), razglasil, da bodo v prihodnje igrače ki predstavljajo rastline izdeloval iz bio-osnovane plastike. Izdelane bodo iz PE, ki predstavlja 14,8% tržnega deleža in predstavlja zajeten delež bio-osnovane plastike. Coca-Cola je predstavila novo plastenko iz 100% bio-osnovane PET plastike. Do sedaj je bilo možno izdelati le eno od dveh komponent na bio osnovi. V razvoju je izdelava še druge komponente. Vedno več je primerov izdelave končnih izdelkov iz bio-osnovane plastike na različnih področjih. Primeri so vrečke za bio odpadke, kapsule za kavo, pribor za enkratno uporabo, športni čevlji, telefoni, igrače itd.
V tehničnem sektorju je situacija precej drugačna. Sama izdelava končnega produkta je tehnično zelo zahtevna, istočasno so zahteve po kvaliteti in življenjski dobi visoke. Plastike, ki se uporabljajo na primer v avtomobilski industriji, so izpostavljene visokim temperaturam, nečistočam in različnim kemijskim vplivom. Tudi v tehničnem sektorju se konvencionalna plastika vedno več nadomešča z bio-osnovano plastiko, ki nudi enake tehnične lastnosti kot konvencionalna.
Tudi v podjetju LAPP, ki je vodilno podjetje na področju kablov in povezljivosti, širimo svoj portfelj produktov in iščemo trajnostne rešitve in materiale. V sodelovanju s podjetjem BASF smo razvili ETHERLINE® kabel (podatkovni kabel za ETHERNET komunikacijo), katerega zunanji plašč je izdelan iz delno bio-osnovane plastike. Uporabili smo delno bio-osnovan termoplastični poliuretan (TPU), ki lahko vsebuje do 60% obnovljivih virov. Različica, ki smo jo uporabili za izdelavo našega kabla, vsebuje 43% obnovljivih virov. Kabel zagotavlja vse pogoje uporabe, tako mehanske in procesne kakor tudi zahteve po dolgi življenjski dobi obratovanja, enako kot konvencionalni kabel.
Zaključek
Delež bioplastke še vedno predstavlja najmanjši delež globalno proizvedene plastike na svetovni ravni. Seveda za tem stoji tehtni razlog, saj proizvodnja surovega materiala ne bi smela pogojevati proizvodnje hrane. Vzporedno se preizkušajo metode izrabe bio odpadnih materialov npr. kmetijski odpadki, kot surov material, s čemer bi vsaj delno ali v celoti zaključili proizvodni cikel.
Obstoječi produkti narejeni iz bio-osnovane plastike, kot je Lapp-ov Ethernet kabel, so pokazatelj, da nudijo več kot le ekološki doprinos. Kljub alternativni sestavi nudijo povsem enake tehnične lastnosti kot kabli iz konvencionalne plastike. V prihodnosti bo potrebno dati vse večji poudarek na zmanjšanju porabe omejenih virov, kot so surova nafta, kakor tudi zmanjšanju toplogrednih plinov. Takrat bo vedno bolj pomembno vlogo odigrala plastika na osnovi bio mase.
Pred nami so veliki izzivi in potrebno bo vložiti še veliko raziskovalnega truda in optimizacije procesov, tako na tehnološkem in ekonomskem področju, da bomo dosegli želene rezultate in povečali delež bio-osnovane plastike v vsakodnevnem življenju – razvoj, ki je iz ekološkega vidika zelo potreben takoj.
Lapp, d.o.o.
Limbuška cesta 2, 2341 Limbuš
Tel.: +386 (0) 24213564
E-pošta: vid.voncina@lapp.com
www.lappslovenija.si
