BIOPLASTIK: BAGAIMANA IA DIHASILKAN, JENIS, KELEBIHAN, KEKURANGAN - PERSEKITARAN - 2025

The bioplastik sebarang bahan mudah dibentuk berdasarkan polimer asal petrokimia atau biojisim yang mesra alam. Sama seperti plastik tradisional yang disintesis dari petroleum, plastik ini boleh dibentuk menjadi pelbagai objek.

Bergantung pada asalnya, bioplastik dapat diperoleh dari biomas (biobasis) atau berasal dari petrokimia. Sebaliknya, bergantung pada tahap penguraiannya, terdapat bioplastik yang boleh terbiodegradasi dan tidak terbiodegradasi.

Peralatan makan diperbuat daripada poliester pati yang boleh terbiodegradasi. Sumber: Scott Bauer

Peningkatan bioplastik timbul sebagai tindak balas kepada ketidakselesaan yang disebabkan oleh plastik konvensional. Ini termasuk pengumpulan plastik yang tidak terbiodegradasi di lautan dan tempat pembuangan sampah.

Sebaliknya, plastik konvensional mempunyai jejak karbon tinggi dan kandungan unsur toksik yang tinggi. Sebaliknya, bioplastik mempunyai beberapa kelebihan kerana tidak menghasilkan unsur toksik dan secara amnya boleh terbiodegradasi dan dapat dikitar semula.

Antara kelemahan utama bioplastik adalah kos pengeluarannya yang tinggi dan daya tahan yang lebih rendah. Tambahan pula, beberapa bahan mentah yang digunakan adalah bahan makanan yang berpotensi, yang menimbulkan masalah ekonomi dan etika.

Beberapa contoh objek bioplastik adalah beg terbiodegradasi serta bahagian kenderaan dan telefon bimbit.

Ciri-ciri bioplastik

Kepentingan ekonomi dan persekitaran bioplastik

Pelbagai objek utiliti dibuat dengan bioplastik. Sumber: Hwaja Götz, melalui Wikimedia Commons

Baru-baru ini terdapat minat saintifik dan industri yang lebih besar dalam menghasilkan plastik dari bahan mentah yang boleh diperbaharui dan yang boleh terbiodegradasi.

Hal ini disebabkan oleh fakta bahawa cadangan minyak dunia habis dan ada kesadaran yang lebih besar mengenai kerosakan alam sekitar yang serius yang disebabkan oleh petroplastik.

Dengan permintaan plastik yang semakin meningkat di pasaran dunia, permintaan untuk plastik biodegradasi juga meningkat.

Keupayaan biodegradasi

Sisa bioplastik yang boleh terurai boleh dianggap sebagai sisa organik, cepat merosot dan tidak mencemarkan. Sebagai contoh, ia boleh digunakan sebagai perubahan tanah dalam kompos, kerana secara semula jadi dikitar semula oleh proses biologi.

Bioplastik dengan penggunaan komersial yang tidak terkira banyaknya. Sumber: F. Kesselring, FKuR Willich, melalui Wikimedia Commons

Batasan bioplastik

Pembuatan bioplastik terbiodegradasi menghadapi cabaran besar, kerana bioplastik mempunyai sifat yang lebih rendah daripada petroplastik dan aplikasinya, walaupun tumbuh, terbatas.

Penambahbaikan sifat bioplastik

Untuk meningkatkan sifat bioplastik, campuran biopolimer dengan pelbagai jenis bahan tambahan sedang dikembangkan, seperti nanotube karbon dan serat semula jadi yang diubah secara kimia.

Secara amnya, bahan tambahan yang digunakan pada bioplastik meningkatkan sifat seperti:

• Kekakuan dan ketahanan mekanikal.
• Ciri penghalang terhadap gas dan air.
• Rintangan termos dan termostabiliti.

Sifat-sifat ini dapat direkayasa ke dalam bioplastik melalui kaedah penyediaan dan pemprosesan kimia.

Bagaimana bioplastik dihasilkan?

Bioplastik untuk pembungkusan yang diperbuat daripada pati termoplastik. Sumber: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

-Sejarah Ringkas

Bioplastik mendahului plastik sintetik yang berasal dari petroleum konvensional. Penggunaan polimer bahan tumbuhan atau haiwan untuk menghasilkan bahan plastik bermula pada abad ke-18 dengan penggunaan getah asli (lateks dari Hevea brasiliensis).

Bioplastik pertama, walaupun tidak diberi nama itu, dikembangkan pada tahun 1869 oleh John Wesley Hyatt Jr., yang menghasilkan plastik yang berasal dari selulosa kapas sebagai pengganti gading. Begitu juga, pada akhir abad ke-19, kasein dari susu digunakan untuk pengeluaran bioplastik.

Pada tahun 1940-an, syarikat Ford meneroka alternatif penggunaan bahan mentah sayur-sayuran untuk membuat alat ganti untuk kenderaannya. Penyelidikan ini didorong oleh sekatan penggunaan baja oleh perang.

Hasilnya, pada tahun 1941 syarikat mengembangkan model kereta dengan badan yang terbuat dari derivatif soya. Namun, setelah perang berakhir, inisiatif ini tidak diteruskan.

Menjelang tahun 1947 bioplastik teknikal pertama dihasilkan, Polyamide 11 (Rilsan sebagai tanda dagangan). Kemudian, pada tahun 90-an, PLA (polylactic acid), PHA (polyhydroxyalkanoates) dan pati plastik telah muncul.

-Bahan mentah

Bioplastik biobasis adalah bahan yang dibuat dari biomas tumbuhan. Tiga sumber asas bahan mentah untuk biobasis adalah berikut.

Polimer semula jadi biojisim

Polimer semula jadi yang dibuat secara langsung oleh tumbuhan, seperti pati atau gula, boleh digunakan. Sebagai contoh, "Kentang plastik" adalah bioplastik yang boleh terbiodegradasi yang terbuat dari pati kentang.

Polimer yang disintesis daripada monomer biomas

Alternatif kedua ialah mensintesis polimer dari monomer yang diekstrak dari sumber tumbuhan atau haiwan. Perbezaan antara laluan ini dan yang sebelumnya adalah bahawa sintesis kimia perantaraan diperlukan di sini.

Contohnya, Bio-PE atau polietilena hijau dihasilkan daripada etanol yang diperoleh daripada tebu.

Bioplastik juga dapat dihasilkan dari sumber haiwan seperti glikosaminoglikan (GAG), yang merupakan protein kulit telur. Kelebihan protein ini ialah ia membolehkan memperoleh bioplastik yang lebih tahan.

Bioteknologi berdasarkan budaya bakteria

Kaedah lain untuk menghasilkan polimer untuk bioplastik adalah melalui bioteknologi melalui kultur bakteria. Dalam pengertian ini, banyak bakteria mensintesis dan menyimpan polimer yang dapat diekstrak dan diproses.

Untuk ini, bakteria dikultur secara besar-besaran dalam media kultur yang sesuai dan kemudian diproses untuk membersihkan polimer tertentu. Sebagai contoh, PHA (polyhydroxyalkanoates) disintesis oleh pelbagai jenis bakteria yang tumbuh dalam medium dengan karbon berlebihan dan tanpa nitrogen atau fosforus.

Bakteria menyimpan polimer dalam bentuk butiran dalam sitoplasma, yang diekstrak dengan memproses massa bakteria. Contoh lain ialah PHBV (PolyhydroxyButylValerate), yang diperoleh daripada bakteria yang diberi makan dengan gula yang diperoleh dari sisa tumbuhan.

Batasan terbesar bioplastik yang diperoleh dengan cara ini adalah kos pengeluaran, terutamanya disebabkan oleh media kultur yang diperlukan.

Gabungan polimer semula jadi dan polimer bioteknologi

University of Ohio mengembangkan bioplastik yang cukup kuat dengan menggabungkan getah semula jadi dengan PHBV bioplastik, peroksida organik, dan triethylryprateane triacrylate (TMPTA).

-Proses pengeluaran

Bioplastik diperoleh dengan pelbagai proses, bergantung pada bahan mentah dan sifat yang diinginkan. Bioplastik dapat diperoleh melalui proses asas atau proses industri yang lebih kompleks.

Proses asas

Ia boleh dilakukan memasak dan membentuk sekiranya penggunaan polimer semula jadi, seperti pati atau jagung atau pati kentang.

Oleh itu, resipi asas untuk menghasilkan bioplastik adalah mencampurkan tepung jagung atau pati kentang dengan air, menambahkan gliserin. Selepas itu, campuran ini dimasak sehingga pekat, dibentuk dan dibiarkan kering.

Proses kerumitan sederhana

Dalam kes bioplastik yang dihasilkan dengan polimer yang disintesis dari monomer biomas, prosesnya agak lebih kompleks.

Contohnya, Bio-PE yang diperoleh daripada etanol tebu memerlukan beberapa langkah. Perkara pertama adalah mengeluarkan gula dari tebu untuk mendapatkan etanol melalui penapaian dan penyulingan.

Kemudian etanol dikeringkan dan etilena diperoleh, yang mesti dipolimerisasi. Akhirnya, dengan menggunakan mesin termoforming, objek dihasilkan berdasarkan bioplastik ini.

Proses yang kompleks dan lebih mahal

Apabila merujuk kepada bioplastik yang dihasilkan dari polimer yang diperolehi oleh bioteknologi, kerumitan dan kosnya meningkat. Ini kerana budaya bakteria terlibat yang memerlukan media kultur dan keadaan pertumbuhan tertentu.

Proses ini didasarkan pada fakta bahawa bakteria tertentu menghasilkan polimer semula jadi yang dapat disimpan di dalamnya. Oleh itu, bermula dengan unsur pemakanan yang sesuai, mikroorganisma ini diusahakan dan diproses untuk mengekstrak polimer.

Bioplastik juga boleh dibuat dari beberapa alga seperti Botryococcus braunii. Mikroalga ini mampu menghasilkan dan bahkan mengeluarkan hidrokarbon ke persekitaran, dari mana bahan bakar atau bioplastik diperoleh.

-Pembuatan produk berdasarkan bioplastik

Prinsip asasnya ialah mencetak objek, berkat sifat plastik sebatian ini menggunakan tekanan dan panas. Pemprosesan dilakukan dengan penyemperitan, suntikan, suntikan dan tiupan, preform blowing dan thermoforming dan akhirnya ia disejukkan.

Jenis-Jenis

Pembungkusan yang diperbuat daripada selulosa asetat. Sumber: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

Pendekatan untuk klasifikasi bioplastik adalah pelbagai dan bukan tanpa kontroversi. Walau bagaimanapun, kriteria yang digunakan untuk menentukan pelbagai jenis adalah asal dan tahap penguraian.

-Asal

Menurut pendekatan umum, bioplastik dapat diklasifikasikan berdasarkan asalnya sebagai biobasa atau bukan biobasis. Dalam kes pertama, polimer diperoleh dari biomas tumbuhan, haiwan atau bakteria dan oleh itu sumber yang boleh diperbaharui.

Sebaliknya, bioplastik bukan berasaskan bio adalah produk yang dihasilkan dengan polimer yang disintesis dari minyak. Namun, kerana mereka berasal dari sumber yang tidak boleh diperbaharui, beberapa pakar menganggap bahawa mereka tidak boleh dianggap sebagai bioplastik.

-Tingkat penguraian

Mengenai tahap penguraian, bioplastik boleh terbiodegradasi atau tidak. Yang terbiodegradasi terurai dalam jangka masa yang agak singkat (beberapa hari hingga beberapa bulan) apabila mengalami keadaan yang sesuai.

Sebaliknya, bioplastik tidak terbiodegradasi berkelakuan seperti plastik konvensional yang berasal dari petrokimia. Dalam kes ini, tempoh pembusukan diukur dalam beberapa dekad dan bahkan berabad-abad.

Terdapat juga kontroversi mengenai kriteria ini, kerana sebilangan sarjana berpendapat bahawa bioplastik sejati mesti terbiodegradasi.

- Asal dan biodegradasi

Apabila dua kriteria sebelumnya digabungkan (asal dan tahap penguraian), bioplastik dapat dikelaskan kepada tiga kumpulan:

1. Berasal dari bahan mentah yang diperbaharui (biobasis) dan terbiodegradasi.
2. Yang diperoleh daripada bahan mentah yang boleh diperbaharui (biobasis), tetapi tidak boleh terbiodegradasi.
3. Diperolehi dari bahan mentah asal petrokimia, tetapi yang boleh terbiodegradasi.

Penting untuk diperhatikan bahawa untuk menganggap polimer sebagai bioplastik, ia mesti memasukkan salah satu daripada tiga kombinasi ini.

Biobased-biodegradable

Di antara bioplastik yang berasaskan dan terbiodegradasi, kita mempunyai asid polilaktik (PLA) dan polyhydroxyalkanoate (PHA). PLA adalah salah satu bioplastik yang paling banyak digunakan dan diperoleh terutamanya dari jagung.

Bioplastik ini mempunyai sifat yang serupa dengan polyethylene terephthalate (PET, plastik jenis poliester konvensional), walaupun kurang tahan terhadap suhu tinggi.

Sebaliknya, PHA mempunyai sifat berubah bergantung pada polimer tertentu yang membentuknya. Ia diperoleh dari sel tumbuhan atau melalui bioteknologi dari kultur bakteria.

Bioplastik ini sangat sensitif terhadap keadaan pemprosesan dan harganya sehingga sepuluh kali lebih tinggi daripada plastik konvensional.

Contoh lain dari kategori ini ialah PHBV (PolyhydroxyButylValerate), yang diperoleh daripada sisa tanaman.

Biobasis-tidak terbiodegradasi

Dalam kumpulan ini kita mempunyai bio-polietilena (BIO-PE), dengan sifat yang serupa dengan polietilena konvensional. Bio-PET mempunyai ciri-ciri yang serupa dengan polyethylene terephthalate.

Kedua-dua bioplastik biasanya dihasilkan dari tebu, memperoleh bioetanol sebagai produk perantaraan.

Bio-poliamida (PA), yang merupakan bioplastik yang boleh dikitar semula dengan sifat penebat haba yang sangat baik, juga termasuk dalam kategori ini.

-Tidak-biobiodegradasi

Keupayaan biodegradasi berkaitan dengan struktur kimia polimer dan bukan dengan jenis bahan mentah yang digunakan. Oleh itu, plastik terbiodegradasi dapat diperoleh dari petroleum dengan pemprosesan yang betul.

Contoh bioplastik jenis ini adalah polikaprolakton (PCL), yang digunakan dalam pembuatan poliuretana. Ini adalah bioplastik yang diperoleh daripada derivatif petroleum seperti polybutylene succinate (PBS).

Kelebihan

Pembungkus gula-gula yang diperbuat daripada PLA (asid polilaktik). Sumber: F. Kesselring, FKuR Willich

Mereka boleh terbiodegradasi

Walaupun tidak semua bioplastik terbiodegradasi, kebenarannya adalah bahawa bagi banyak orang inilah ciri asas mereka. Sebenarnya, pencarian harta itu adalah salah satu enjin asas ledakan bioplastik.

Plastik berasaskan petroleum konvensional dan tidak terbiodegradasi memerlukan ratusan malah ribuan tahun untuk dihancurkan. Keadaan ini merupakan masalah yang serius, kerana tapak pelupusan sampah dan lautan dipenuhi dengan plastik.

Atas sebab ini, kebiodegradasian adalah kelebihan yang sangat relevan, kerana bahan-bahan ini dapat terurai dalam beberapa minggu, bulan atau beberapa tahun.

Mereka tidak mencemarkan alam sekitar

Oleh kerana bahan-bahan ini dapat terbiodegradasi, bioplastik berhenti memenuhi ruang sebagai sampah. Di samping itu, mereka mempunyai kelebihan tambahan bahawa dalam kebanyakan kes mereka tidak mengandungi unsur toksik yang dapat mereka lepaskan ke persekitaran.

Mereka mempunyai jejak karbon yang lebih rendah

Baik dalam proses pengeluaran bioplastik, seperti dalam penguraiannya, lebih sedikit CO2 dibebaskan daripada pada plastik konvensional. Dalam banyak kes, mereka tidak melepaskan metana atau melakukannya dalam kuantiti yang rendah dan oleh itu mempunyai sedikit kesan pada kesan rumah hijau.

Sebagai contoh, bioplastik yang terbuat dari etanol dari tebu mengurangkan pelepasan CO2 hingga 75% berbanding dengan yang berasal dari petroleum.

Lebih selamat membawa makanan dan minuman

Secara amnya, dalam penjelasan dan komposisi bioplastik tidak ada bahan toksik yang digunakan. Oleh itu, mereka menunjukkan risiko pencemaran yang kurang bagi makanan atau minuman yang terdapat di dalamnya.

Tidak seperti plastik konvensional yang dapat menghasilkan dioksin dan komponen pencemaran lain, bioplastik berasaskan bio tidak berbahaya.

Kekurangan

Kekurangannya terutama berkaitan dengan jenis bioplastik yang digunakan. Antara lain kami mempunyai perkara berikut.

Kurang daya tahan

Satu batasan yang kebanyakan bioplastik dibandingkan dengan plastik konvensional adalah ketahanannya yang lebih rendah. Walau bagaimanapun, sifat ini adalah yang berkaitan dengan kemampuannya untuk biodegradasi.

Kos lebih tinggi

Dalam beberapa kes, bahan mentah yang digunakan untuk pengeluaran bioplastik lebih mahal daripada bahan petroleum.

Sebaliknya, pengeluaran beberapa bioplastik membayangkan kos pemprosesan yang lebih tinggi. Secara khusus, kos pengeluaran ini lebih tinggi daripada yang dihasilkan melalui proses bioteknologi, termasuk penanaman bakteria secara besar-besaran.

Konflik penggunaan

Bioplastik yang dihasilkan dari bahan mentah makanan bersaing dengan keperluan manusia. Oleh itu, kerana lebih menguntungkan untuk mendedikasikan tanaman untuk pengeluaran bioplastik, ini dikeluarkan dari rangkaian pengeluaran makanan.

Walau bagaimanapun, kelemahan ini tidak berlaku untuk bioplastik yang diperoleh daripada sisa yang tidak boleh dimakan. Di antara sisa ini kita mempunyai sisa tanaman, alga yang tidak boleh dimakan, lignin, kulit telur atau exoskeletons lobster.

Mereka tidak mudah dikitar semula

Bioplastik PLA sangat mirip dengan plastik PET konvensional (polyethylene terephthalate), tetapi tidak boleh dikitar semula. Oleh itu, jika kedua-dua jenis plastik dicampurkan dalam bekas kitar semula, kandungan ini tidak boleh dikitar semula.

Dalam hal ini, ada kekhawatiran bahawa penggunaan PLA yang semakin meningkat dapat menghambat usaha yang ada untuk mengitar semula plastik.

Contoh dan penggunaan produk yang dihasilkan dengan bioplastik

Bekas wain dibuat dengan bioplastik dari sisa pertanian dan mycelia. Sumber: Mycobond

-Benda boleh guna atau boleh guna

Item yang menghasilkan sampah terbanyak ialah bekas, pembungkus, pinggan dan alat makan yang dihubungkan dengan makanan segera dan beg membeli-belah. Oleh itu, dalam bidang ini bioplastik biodegradasi memainkan peranan yang relevan.

Atas sebab ini, pelbagai produk berdasarkan bioplastik telah dikembangkan untuk mempengaruhi pengurangan penghasilan sisa. Antara lain, kita mempunyai beg biodegradable yang dibuat dengan BASF's Ecovio atau botol plastik yang diperbuat daripada PLA yang diperoleh dari jagung oleh Safiplast di Sepanyol.

Kapsul air

Syarikat Ooho mencipta kapsul biodegradable dari rumput laut dengan air, bukannya botol tradisional. Cadangan ini sangat inovatif dan berjaya dan telah diuji dalam maraton London.

berkebun

Di beberapa tanaman seperti strawberi, praktik yang biasa dilakukan adalah menutup tanah dengan kepingan plastik untuk mengawal rumpai dan mengelakkan pembekuan. Dalam pengertian ini, pelapisan bioplastik seperti Agrobiofilm telah dikembangkan untuk menggantikan plastik konvensional.

-Objek untuk aplikasi tahan lama

Penggunaan bioplastik tidak terhad pada objek penggunaan dan pelupusan tetapi boleh digunakan pada objek yang lebih tahan lama. Sebagai contoh, syarikat Zoë b Organic menghasilkan mainan pantai.

Komponen peralatan yang kompleks

Toyota menggunakan bioplastik di beberapa bahagian automatik, seperti komponen untuk penghawa dingin dan panel kawalan. Untuk ini, ia menggunakan bioplastik seperti Bio-PET dan PLA.

Sebaliknya, Fujitsu menggunakan bioplastik untuk membuat tetikus komputer dan bahagian papan kekunci. Bagi syarikat Samsung, sebilangan telefon bimbit mempunyai rumah yang terbuat dari bioplastik.

-Konstruksi dan kejuruteraan awam

Bioplastik pati telah digunakan sebagai bahan binaan dan bioplastik bertetulang nanofiber dalam pemasangan elektrik.

Selain itu, mereka telah digunakan dalam pembuatan kayu perabot bioplastik, yang tidak diserang oleh serangga xylophagous dan tidak membusuk dengan kelembapan.

- Aplikasi farmaseutikal

Mereka telah dibuat dengan kapsul bioplastik yang mengandungi ubat-ubatan dan kenderaan ubat yang dilepaskan secara perlahan. Oleh itu, ketersediaan bio ubat-ubatan diatur dari masa ke masa (dos yang diterima pesakit dalam waktu tertentu).

- Aplikasi perubatan

Bioplastik selulosa yang berlaku pada implan, teknik tisu, kitin dan bioplastik kitosan telah dihasilkan untuk perlindungan luka, teknik tisu tulang dan pertumbuhan semula kulit manusia.

Bioplastik selulosa juga telah dihasilkan untuk biosensor, campuran dengan hidroksiapatit untuk pembuatan implan gigi, serat bioplastik dalam kateter, antara lain.

-Pengangkutan dan industri udara, laut dan darat

Buih kaku berdasarkan minyak sayuran (bioplastik) telah digunakan, baik dalam alat industri dan pengangkutan; bahagian auto dan bahagian aeroangkasa.

Komponen elektronik telefon bimbit, komputer, peranti audio dan video juga telah dihasilkan dari bioplastik.

-Berkebun

Hidrogel bioplastik, yang menyerap dan menahan air dan dapat melepaskannya dengan perlahan, berguna sebagai penutup pelindung untuk tanah yang ditanam, mengekalkan kelembapannya dan memihak kepada pertumbuhan ladang pertanian di kawasan kering dan pada musim hujan yang rendah.

Rujukan

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastik: mendapatkan dan aplikasi polyhydroxyalkanoates. Fakulti Farmasi, Universiti Seville. Ijazah di Farmasi. 36 p.
2. Bezirhan-Arikan E dan H Duygu-Ozsoy (2015). Satu Kajian: Penyiasatan Bioplastik. Jurnal Kejuruteraan Awam dan Senibina 9: 188-192. De Almeida A, JA Ruiz, NI López dan MJ Pettinari (2004). Bioplastik: alternatif ekologi. Kimia Hidup, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Pengeluaran bioplastik dari sumber yang murah. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Dr. Müller Publishing, Berlin, Jerman. 145 p.
4. Labeaga-Viteri A (2018). Polimer terbiodegradasi. Kepentingan dan aplikasi yang berpotensi. Universiti Kebangsaan Pendidikan Jarak Jauh. Fakulti Sains, Jabatan Kimia Anorganik dan Kejuruteraan Kimia. Ijazah Sarjana dalam Sains Kimia dan Teknologi. 50 p.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia dan AK Mohanty (2013). Plastik biobasis dan bionanokomposit: Status semasa dan peluang masa depan. Polim Prog. Ilmu 38: 1653-1689.
6. Satish K (2017). Bioplastik - klasifikasi, pengeluaran dan aplikasi makanan berpotensi mereka. Jurnal Pertanian Bukit 8: 118-129.