Materiali
| Avtorica: Tanja Pangerl |
Bioplastika še vedno predstavlja majhen delež celotne proizvodnje plastike, približno 0,5 %, a projekcije kažejo na rast v prihodnosti. Kot pravi dr. Vesna Žepič Bogataj, vodja laboratorija za aplikativne materiale v razvojnem centru orodjarstva Slovenije TECOS, je največji trg za bioplastične materiale embalaža, ki predstavlja več kot 40 % zmogljivosti bioplastike. Poudarja pomembnost uporabe stranskih tokov, ki so lokalno razpoložljivi, in rešitev, ki omogočajo uporabo na standardnih proizvodnih linijah. Bioplastika namreč ni že avtomatično bolj trajnostna, upoštevati je treba celoten življenjski cikel. Pri tem je pomemben tudi vidik predelave, saj če infrastruktura ne dopušča ustrezne predelave, lahko tehnično zelo dober material postane okoljski problem.
Sodelujete v več projektih, kjer iz različnih bio odpadkov delate raznovrstne izdelke iz bioplastike. Od sadilnih lončkov, gumbov, do žvečljive igrače za pse. Kateri odpadni materiali so najbolj uporabni za proizvodnjo izdelkov iz bioplastike in kateri so tudi najbolj ekonomsko upravičeni?
Po naših izkušnjah so najbolj uporabni predvsem stabilni, dovolj čisti, lokalno razpoložljivi in ponovljivi stranski tokovi biomase. To so na primer lignocelulozni ostanki, lesna in celulozna vlakna, papirna vlakna, ostanki rastlinske biomase, lupine, koščice ter drugi stranski tokovi iz kmetijstva, lesne in živilske industrije. Za industrijsko uporabo ni odločilno samo, da je surovina »bio«, ampak da ima dovolj konstantno sestavo, primerno velikost delcev, nadzorovano vlago in da jo je mogoče kontinuirano dobavljati. Material, ki je brezplačen odpadek, je lahko v praksi zelo drag, če zahteva intenzivno čiščenje, sušenje, mletje, separacijo ali transport. Največji ekonomski potencial zato vidimo pri lokalnih stranskih tokovih, ki so že dovolj homogeni in zahtevajo malo pred-obdelave, predvsem kadar z njimi nadomestimo dražja polnila ali del polimerne matrice in hkrati zmanjšamo stroške ravnanja z odpadkom.
Kateri dejavniki trenutno najbolj vplivajo na razvoj trga bioplastike – tehnološki napredek, zahteve kupcev, zakonodaja EU ali ekonomika proizvodnje?
Danes na trg hkrati vplivajo štirje ključni dejavniki. To so tehnološki napredek, zakonodaja, zahteve kupcev in pa ekonomika. Tehnologija je v številnih primerih že dovolj razvita, največji izziv pa ostaja prehod iz laboratorijske formulacije v stabilno industrijsko proizvodnjo po konkurenčni ceni.
Katere trende ocenjujete kot najpomembnejše v naslednjih petih letih?
V naslednjih petih letih pričakujem predvsem razvoj v smeri več bioosnovanih »drop-in« materialov, kot so bioPE in bioPP, hitrejši razvoj termo stabilnega PLA in PHA, več uporabe sekundarnih in odpadnih biogenih surovin, več kombiniranja reciklirane plastike z naravnimi vlakni ter več poudarka na zasnovi za recikliranje v celotnem življenjskem ciklu. Zelo pomemben trend bo tudi prehod od vprašanja »Ali je material bio?« k vprašanju »Ali ima v tej konkretni aplikaciji dokazano manjši okoljski vpliv in jasno rešeno ravnanje po uporabi?«. Bioplastika sicer še vedno predstavlja zelo majhen del celotne proizvodnje plastike – približno 0,5 % – vendar aktualne projekcije kažejo rast globalnih proizvodnih zmogljivosti bioosnovanih plastik z okoli 2,31 milijona ton leta 2025 na približno 4,69 milijona ton do leta 2030.
Za katere vrste izdelkov in v katerih panogah se bioplastika najbolj uporablja ter kje so še potenciali njene uporabe?
Največji trg za bioplastične materiale trenutno ostaja embalaža, ki predstavlja več kot 40 % zmogljivosti bioplastike. Pomembne aplikacije so tudi kmetijstvo, tekstil in vlakna, potrošni izdelki, avtomobilska industrija, transport, gospodinjski aparati in gradbeništvo. Velik potencial sicer vidim predvsem pri izdelkih, kjer je mogoče izkoristiti kombinacijo nizke mase, bioosnovanosti, recikliranosti in specifičnih funkcionalnih lastnosti. To so na primer notranji avtomobilski deli, komponente za avtodome, pohištvo, tehnična ohišja, izdelki za kmetijstvo ter številni manj obremenjeni tehnični izdelki.
Kaj pa kompostabilna bioplastika?
Pri kompostabilnih materialih je smiselnost precej bolj aplikacijsko omejena. Največ koristi imajo tam, kjer izdelek po uporabi dejansko vstopi v tok bioloških odpadkov in kjer ločevanje od organskega materiala ni praktično. Zelo velik, po mojem mnenju še precej neizkoriščen potencial, pa imata predvsem gradbeništvo in energetika. V teh sektorjih se danes uporablja veliko več-materialnih, trajno spojenih ali težko razstavljivih rešitev, ki jih je ob koncu življenjske dobe zelo težko ponovno uporabiti ali reciklirati. Prav tu bi lahko materiali z večjim deležem bio-osnovanih ali recikliranih surovin pomembno prispevali k zmanjšanju okoljskega odtisa. Vendar pa samo zamenjava materiala ne bo dovolj. Ključno je, da hkrati razvijamo tudi izdelek z jasno strategijo za njegov konec življenjske dobe. Že v fazi konstruiranja moramo vedeti, kako bo mogoče izdelek po uporabi razstaviti, katere komponente bo mogoče ponovno uporabiti, katere materiale ločiti in kako jih bo mogoče ponovno reciklirati ali predelati. Zato vidim prihodnost predvsem v povezavi novih materialov z načeli »design for disassembly, design for reuse in design for recycling«. Prava krožnost se namreč ne začne šele pri odpadku, ampak že pri zasnovi izdelka.
Mnoge bioplastike imajo slabšo temperaturno obstojnost, mehansko trdnost, odpornost na vlago in tudi krajšo življenjsko dobo od fosilne plastike. Kakšne so rešitve glede lastnosti bioplastike?
Najprej je pomembno poudariti, da bioplastika ni le ena skupina materialov z enakimi lastnostmi. Nekateri bioosnovani polimeri so kemično praktično enaki fosilnim različicam in imajo primerljive lastnosti. Pri drugih, na primer PLA ali nekaterih biorazgradljivih polimerih, pa so določene omejitve res izrazitejše. Rešitve so zelo podobne kot pri klasičnih inženirskih polimerih: ojačevanje z vlakni in polnili, kompatibilizacija, mešanje različnih polimerov, uporaba nukleacijskih sredstev in modifikatorjev, nadzor kristaliničnosti, termična obdelava, površinske zaščite ter optimizacija geometrije izdelka in procesa predelave. Veliko naredimo tudi z dobro kontrolo sušenja in vlage. Pri naravnih vlaknih je vlaga pogosto eden ključnih dejavnikov, ki vplivajo na stabilnost procesa in končne lastnosti. Na TECOS-u zato materiala ne ocenjujemo samo na osnovi ene mehanske vrednosti, ampak povezujemo karakterizacijo materiala, simulacije, proces brizganja, realne teste izdelka in končne zahteve aplikacije.
Cena bioplastike je še vedno eden ključnih izzivov za širšo uporabo. Kje vidite največje možnosti za znižanje stroškov – pri surovinah, proizvodnih procesih, večjih količinah proizvodnje ali drugje?
Največji učinek običajno ne pride iz ene same točke. Stroški se znižujejo s kombinacijo večjih proizvodnih količin, standardizacije surovin, stabilnejše dobavne verige, učinkovitejše predelave in uporabe obstoječe industrijske opreme. Zelo pomembna je tudi uporaba stranskih tokov, ki so lokalno razpoložljivi in ne zahtevajo kompleksne pred-obdelave. Pri številnih biokompozitih je velik strošek povezan s sušenjem, kompavndiranjem, doziranjem vlaken in zagotavljanjem konstantne kakovosti. Če material zahteva popolnoma novo opremo ali zelo počasen cikel, je težko konkurenčen. Zato pri industrijskem razvoju vedno iščemo rešitev, ki jo je mogoče predelovati na standardnih proizvodnih linijah ekstruzije in brizganja z minimalnimi prilagoditvami.
Evropska zakonodaja vse bolj poudarja preprečevanje zavajajočih zelenih trditev, reciklabilnost embalaže in jasno označevanje materialov. Kako te spremembe vplivajo na razvoj in trženje izdelkov iz bioplastike? Kako ocenjujete vpliv nove Uredbe o embalaži in odpadni embalaži (PPWR) na razvoj bioplastičnih izdelkov in embalaže?
Spremembe evropske zakonodaje so za razvoj novih materialov zelo pomembne. Vedno manj bo prostora za splošne trditve, kot so »zeleno«, »okolju prijazno« ali »eko«, če niso podprte z dokazljivimi podatki. Za proizvajalce to pomeni, da bo treba bistveno bolje poznati izvor surovin, delež reciklirane ali bioosnovane vsebine, dejanske možnosti recikliranja ter okoljski odtis celotnega življenjskega cikla izdelka. Za embalažo je posebej pomembna nova Uredba o embalaži in odpadni embalaži – PPWR, ki daje zelo močan poudarek zmanjševanju količine embalaže, ponovni uporabi, reciklabilnosti in uporabi recikliranih surovin. To pomeni, da sama bioosnovanost materiala ne bo več dovolj. Nov material mora biti že ob razvoju zasnovan tako, da ima jasno opredeljeno pot po koncu življenjske dobe.
Katere zakonodajne spremembe še vplivajo na razvoj bioplastike?
Zelo pomemben premik prihaja tudi na področju pošiljk odpadkov. Z 21. novembrom 2026 bo na podlagi nove evropske uredbe prepovedan izvoz plastičnih odpadkov v države zunaj OECD. Namen ukrepa je med drugim preprečiti, da bi EU svoje težave z odpadki prenašala v države, kjer ni mogoče zagotoviti ustreznega ravnanja z njimi. Hkrati se za izvoz plastike v druge tretje države uvajajo strožji postopki in nadzor. To je po mojem mnenju tudi velika razvojna priložnost za evropska in slovenska podjetja na področju recikliranja. Večji delež naših sekundarnih surovin bomo sedaj primorani kakovostno sortirati, očistiti in predelati znotraj evropskega prostora. Odpadna plastika tako vse bolj postaja strateška sekundarna surovina, ne samo strošek ravnanja z odpadkom. Nova uredba obenem poenostavlja in digitalizira določene postopke pri pošiljkah odpadkov znotraj EU, kar naj bi olajšalo kroženje materialov do ustreznih evropskih obratov za predelavo. To pa pomeni tudi potrebo po sodobnejših reciklažnih in sortirnih linijah – boljši avtomatski identifikaciji materialov, optičnem in senzorskem sortiranju, digitalni sledljivosti ter boljšem nadzoru kakovosti vhodnih tokov. Še posebej zahtevni bodo novi in specifični materiali, med katere sodijo tudi različne vrste bioplastike, saj izraz »bioplastika« vključuje materiale z zelo različnimi kemijskimi sestavami in različnimi potmi konca življenjske dobe. Prav zato vidim prihodnost v povezovanju razvoja materialov, dizajna za recikliranje, naprednega sortiranja in evropskih reciklažnih zmogljivosti. Če bomo to naredili pravilno, lahko nova zakonodaja pomeni pomemben korak od sedanjega modela izvoza dela naših odpadnih tokov k dejanskemu ustvarjanju krožnih evropskih materialnih verig.
Potrošniki pogosto ne razlikujejo med izrazi »bioosnovano«, »biorazgradljivo« in »kompostabilno«. Ali opažate, da se zaradi nove evropske zakonodaje in zahtev po jasnejšem označevanju stanje izboljšuje? Kaj bi bilo po vašem mnenju še treba storiti?
Postopoma da, vendar je zmeda še vedno precejšnja. Bioosnovano pomeni, da del ogljika oziroma surovine izvira iz biomase. To ne pomeni, da bo material biorazgradljiv. Biorazgradljivo pomeni, da se lahko material pod določenimi pogoji biološko razgradi. Brez navedbe pogojev je takšna trditev zelo nepopolna. Kompostabilno pa pomeni, da material izpolnjuje določene zahteve glede razgradnje v procesu kompostiranja, na primer v industrijskem kompostiranju. Evropski okvir gre pravilno v smeri jasnejših in dokazljivih trditev. Potrebujemo pa predvsem enostavno in enotno označevanje navodil za konec življenjske dobe izdelka. Za uporabnika je pogosto pomembneje vedeti »Kam naj ta izdelek po uporabi odložim?« kot pa poznati njegovo kemijsko sestavo.
Bioplastika se pogosto predstavlja kot okolju prijaznejša alternativa fosilni plastiki. Kje po vaših izkušnjah dejansko prinaša največje okoljske koristi in kje so njene omejitve?
Največjo korist prinaša tam, kjer se upošteva celoten življenjski cikel. Dobra rešitev je lahko bioosnovan material, izdelan iz stranskega toka ali odpadne biomase, ki nadomešča primarno fosilno surovino, ima dolgo življenjsko dobo in ga je po uporabi mogoče še reciklirati. Pri določenih izdelkih je lahko smiselna tudi kompostabilnost, predvsem kadar je izdelek neločljivo povezan z biološkim odpadkom. Omejitve pa so lahko poraba zemlje, energije in vode, uporaba primarnih kmetijskih surovin, transport, sušenje biomase in neustrezno ravnanje po uporabi. Zato ne bi rekla, da je bioplastika avtomatično bolj trajnostna. Trajnostnost mora biti dokazana za konkretno surovino, tehnologijo, izdelek in njegov konec življenjske dobe. Tudi Evropska komisija svoj okvir gradi prav na takšnem pristopu.
Kot ste že omenila, se v zadnjih letih poudarek premika od vprašanja, iz katere surovine je izdelek narejen, k vprašanju, kaj se z njim zgodi po uporabi. Kako v vaših projektih povezujete razvoj bioplastike s konceptom krožnega gospodarstva?
V naših projektih poskušamo izdelek razvijati od konca življenjske dobe nazaj. Vprašamo se: kakšen materialni tok imamo, kako stabilen je, kako ga lahko predelamo, kako bo izdelek sestavljen, koliko materialov vsebuje in kaj se bo z njim zgodilo po uporabi. Zelo pomembni so zato sekundarne surovine, lokalni stranski tokovi, možnost mehanskega recikliranja, kompatibilnost materialov, demontaža in ponovna uporaba materiala. Projekt INCIRCULAR (https://incircular-project.eu/) je lep primer tega pristopa. Začeli smo z industrijskim odpadnim PP, ga reciklirali in kvalificirali, razvili kompozit z recikliranimi celuloznimi vlakni, izdelali in validirali industrijski izdelek ter nato material prenesli še v druge aplikacije. Za nas je bistvo krožnosti prav to: odpadek mora ponovno postati tehnično in ekonomsko uporabna surovina.
Bioplastika pogosto povzroča težave v sistemih recikliranja, če ni pravilno ločena v ustreznem toku odpadkov. Kako naslavljate to problematiko?
Ključno je, da material že ob razvoju povežemo z realnim sistemom zbiranja, sortiranja in predelave. Če materiala infrastruktura ne zna prepoznati in ločiti, lahko tudi tehnično zelo dober material postane okoljski problem. Pomembno vlogo imajo avtomatsko sortiranje, NIR in hiperspektralne tehnologije, označevanje materialov, sledljivost in v prihodnje tudi digitalni produktni podatki. V projektu INCIRCULAR smo prav zato finančno podprli tudi razvoj novih – inovativnih rešitev za avtomatsko prepoznavanje in sortiranje plastičnih tokov.
Kakšno vlogo ima pri tem komuniciranje in označevanje za ustrezno ločevanje in nadaljnjo predelavo?
Komunikacija s potrošnikom mora biti zelo enostavna. Oznaka »bioplastika« sama po sebi ne pove, ali material sodi med embalažo, bioodpadke ali v drug tok. Pravilna oznaka mora zato povedati predvsem kaj material je in kam ga je treba po uporabi odložiti.
V okviru projekta INCIRCULAR je bil eden od ciljev implementacija proizvodnje in predelave bioplastike, pridobljene iz reciklata z materialnimi lastnostmi, ki so primerljive ali boljše od trenutne plastike, osnovane na naftnih derivatih. Kaj kažejo rezultati projekta in kako vam je to uspelo implementirati v praksi?
Tukaj predlagam, da izraz nekoliko popravimo. INCIRCULAR ni razvil bioplastike v ožjem pomenu besede, ampak visoko krožen recikliran biokompozit. Polimerna matrica je bila reciklirani PP iz industrijskih odpadnih tokov Gorenja/Hisense oziroma hčerinskega podjetja GORENJA I.P.C., d.o.o., ojačitvena komponenta pa so bila reciklirana celulozna vlakna iz potrošniškega komunalnega odpada. Najprej je OMAPLAST, podjetje za reciklažo plastike, na industrijski ravni predelal približno 1.570 kg vhodnega industrijskega plastičnega materiala, da smo dobili dovolj homogen in procesno primeren reciklirani polimerni tok. Na TECOS-u smo nato razvili in primerjali 15 kompozitnih formulacij, pet različnih tipov vlaken pri treh stopnjah ojačitve – 10, 20 in 30 masnih odstotkov. Kot glavno formulacijo smo izbrali kombinacijo recikliranega PP v višini 77 %, recikliranih celuloznih vlaken ZZC500 v višini 20 % in 3 % MAPP kompatibilizatorja. Izdelali smo več kot 500 kg materiala, ga predelali na industrijski opremi in z njim izdelali velik transportno-proizvodni zaboj. Ta izdelek je prestal kompresijske, vibracijske, udarne in padne teste ter realno logistično uporabo brez funkcionalnih porušitev. Projekt pa se pri demonstratorju ni ustavil. Material smo prenesli v 13 dodatnih aplikacij – devet v Sloveniji in štiri v Andaluziji – od notranje in zunanje opreme avtodomov, do novih komponent v gospodinjskih aparatih skupine GORENJE/Hisense, ohišij za elektro pogone vodnih črpalk, elementov pohištva, avtomobilskih komponent in drugih tehničnih izdelkov. Pomemben rezultat je zato dokaz, da se reciklirani materiali z biogenimi ojačitvami lahko premaknejo iz laboratorija v realno industrijsko proizvodnjo, če hkrati obvladamo kakovost vhodne surovine, formulacijo, proces, simulacije, karakterizacijo in validacijo izdelka. INCIRCULAR je pravzaprav pokazal, da največji izziv ni narediti en dober vzorec materiala, ampak zagotoviti njegovo ponovljivost, predelovalnost in zanesljivost v različnih industrijskih aplikacijah. Projekt je bil zasnovan prav kot evropski demonstrator za prehod reciklirane plastike v nove »second-life« materiale in industrijske aplikacije.
Kakšna je po vaših ocenah prihodnost bioplastike?
Prihodnost vidim pozitivno, vendar verjetno ne v obliki popolne zamenjave klasične plastike z eno novo skupino materialov. Razvoj bo veliko bolj aplikacijsko usmerjen. Za vsako uporabo bomo iskali optimalno kombinacijo bioosnovanega deleža, reciklirane vsebine, mehanskih lastnosti, življenjske dobe in možnosti ponovne predelave. Največji potencial vidim v treh smereh: bioosnovani materiali, ki so kompatibilni z obstoječimi reciklažnimi tokovi; kompoziti iz sekundarnih polimerov in biogenih odpadnih vlaken; ter biorazgradljivi ali kompostabilni materiali za zelo jasno definirane aplikacije, kjer tak konec življenjske dobe dejansko prinaša korist. V naslednjih letih se bo zato po mojem mnenju manj govorilo o tem, ali je plastika »bio« ali »fosilna«, in precej več o tem, koliko primarne surovine porabimo, kakšen ogljični in okoljski odtis ima izdelek, koliko časa ostane v uporabi ter ali material po uporabi ostane v krogu. To je tudi smer evropske politike: ne išče se ene univerzalne alternative plastiki, ampak se zahteva vse bolj dokazljivo krožnost, trajnostno pridobivanje surovin in jasno rešitev konca življenjske dobe.
