Man mano che il mondo affronta le crescenti sfide ambientali, dall'accelerare i cambiamenti climatici all'inquinamento da plastica negli oceani e nelle discariche, l'urgenza di passare a materiali sostenibili non è mai stata maggiore. Le industrie, i governi e i consumatori globali sono alla ricerca di alternative innovative in grado di ridurre i danni ambientali mantenendo le prestazioni e la funzionalità dei materiali convenzionali. Questa domanda non è solo una tendenza: è una trasformazione fondamentale guidata dalla scienza, dalla politica e dalla consapevolezza del pubblico.
Al centro di questa trasformazione c'è la necessità di decarbonizzare la produzione di materiale, ridurre la dipendenza dalle risorse fossili finite e ridurre al minimo l'accumulo di rifiuti non degradabili. Le materie plastiche tradizionali a base di petrolio, sebbene versatili e a basso costo, contribuiscono in modo determinante alle emissioni di gas serra e al degrado ecologico a lungo termine. La loro resistenza al degrado - una volta vista come un vantaggio - ora diventa uno degli oneri ambientali più urgenti del pianeta.
In risposta a queste sfide, le resine ecologiche a base biologica sono emerse come una delle classi più promettenti di materiali per un futuro più sostenibile. Queste resine sono sintetizzate da fonti di biomassa rinnovabile, tra cui amido di mais, canna da zucchero, cellulosa, alghe e rifiuti agricoli. Poiché sono derivati dal carbonio catturati dalle piante viventi, le resine a base biologica offrono un ciclo di carbonio a circuito chiuso, assorbendo l'anidride carbonica durante la crescita e rilasciandolo solo durante il degrado o la combustione, riducendo così significativamente le emissioni di co₂ nette.
Molte resine a base biologica sono progettate pensando alle opzioni di fine vita. A differenza delle materie plastiche convenzionali che possono persistere per secoli nell'ambiente, le bio-resine sono spesso biodegradabili o compostabili, rendendole adatte a applicazioni come l'imballaggio, in cui la durata della vita breve si allinea con la necessità di smaltimento responsabile.
Al di là dei loro attributi ambientali, le resine bio-basate stanno guadagnando slancio a causa dei progressi tecnologici e dei miglioramenti dei materiali. I primi limiti relativi alla resistenza meccanica, alla resistenza al calore e alla scalabilità vengono costantemente affrontati attraverso ingegneria molecolare, tecniche di miscelazione e innovazioni nella chimica bio-polimerica. Di conseguenza, queste resine stanno ora trovando applicazioni commerciali in diversi settori: da imballaggi alimentari e parti automobilistiche per elettronica e beni di consumo.
Il passaggio alle resine ecologiche a base biologica riflette una visione più ampia: una in cui lo sviluppo economico è disaccoppiato dal degrado ambientale e in cui i materiali che utilizziamo sono il più rinnovabili, circolari e innocui possibile. Questa visione è sempre più supportata da quadri normativi, certificazioni di sostenibilità e spostamento delle preferenze dei consumatori.
Resine bio-ecologiche a base ecologici Fare riferimento a materiali polimerici realizzati principalmente da risorse biologiche rinnovabili. A differenza delle tradizionali resine a base di petrolio, non si basano su risorse a combustibili fossili limitati, ma sono sintetizzati utilizzando materie prime a base vegetale come amido di mais, canna da zucchero, soia, cellulosa, alghe, ecc. Questi materiali non possono solo ridurre efficacemente la dipendenza dalle risorse non rinnovabili, ma anche ridurre significativamente le emissioni di gas serra durante il loro ciclo vitale.
Comunemente usato nella produzione di materie plastiche biodegradabili come l'acido polilattico (PLA). Attraverso il processo di fermentazione, queste materie prime vengono convertite in acido lattico e ulteriormente polimerizzate in resine di plastica.
Può essere utilizzato per produrre resine epossidiche poliuretaniche, a base biologica, ecc. Rispetto ai tradizionali materiali a base petrolchimica, questi prodotti consumano meno energia durante il processo di produzione.
Derivati da legno, cotone o rifiuti agricoli, possono essere utilizzati come materiali di rinforzo o matrici di resina per migliorare le proprietà meccaniche e la rinnovabilità.
Con una crescita rapida e elevate capacità di fissazione del carbonio, sono una delle risorse sostenibili emergenti adatte alla preparazione di bio-residenza ad alte prestazioni.
Le resine a base biologica assorbono l'anidride carbonica durante la fase di crescita, raggiungendo parzialmente il "sequestro del carbonio", che può compensare le emissioni di carbonio durante la loro produzione e utilizzare in una certa misura, ottenendo così un "ciclo di carbonio a circuito chiuso".
L'uso di residui agricoli o materiali per impianti rinnovabili può aiutare ad alleviare il rischio di esaurimento delle risorse petrolifere e supportare la produzione verde.
Molte resine a base biologica sono compostabili, degradabili o riciclabili e possono entrare nel sistema di circolazione naturale per ridurre l'inquinamento ambientale dei rifiuti di plastica.
Il PLA (acido polilattico) è un materiale tipico a base biologica che può essere compostato e degradato industrialmente;
Sebbene le materie prime di PET a base biologica (polietilene tereftalato) siano parzialmente derivate dalla biomassa, la sua struttura è la stessa di quella del PET petrolchimico e le sue prestazioni di degradazione sono più deboli.
Questa distinzione è cruciale per applicazioni pratiche. Durante la progettazione di prodotti, il tipo appropriato di bio-resina deve essere selezionato in base allo scopo (come imballaggi, forniture mediche, parti automobilistiche, ecc.).
Industria degli imballaggi: come sacchetti di plastica a base biologica, contenitori alimentari, capsule di caffè, ecc.;
Costruzione e decorazione per la casa: utilizzato per produrre rivestimenti per pavimenti, adesivi di bio-epossia, ecc.;
Produzione automobilistica: utilizzata per componenti leggeri, pannelli interni, ecc.;
Materiali di stampa 3D: il PLA è il filamento di stampa 3D più comune rispettoso dell'ambiente;
Prodotti elettronici: sviluppo di materiali a circuito bio-rinnovabile senza alogeno.
Man mano che le sfide dei cambiamenti climatici globali, l'inquinamento ambientale e l'energia fossile sempre più scarsa diventano sempre più gravi, la ricerca di materiali alternativi sostenibili è diventata una direzione importante per la produzione e la scienza dei materiali. In questo contesto, le resine ecologiche a base biologica, come materiale verde emergente, hanno attirato grande attenzione dalla ricerca scientifica e dalle comunità industriali a causa delle loro fonti rinnovabili, un basso impatto ambientale e gradualmente migliorate prestazioni funzionali.
Rispetto alle tradizionali resine a base di petrolio, le resine a base biologica hanno evidenti vantaggi nel ridurre le emissioni di carbonio. Le loro materie prime provengono di solito da piante come mais, canna da zucchero, soia o alghe. Queste piante assorbono l'anidride carbonica attraverso la fotosintesi durante la loro crescita, neutralizzando così le emissioni di carbonio generate durante il processo di produzione in una certa misura. Le resine a base di petrolio producono sostanzialmente solo emissioni di carbonio durante il loro ciclo di vita e mancano di un processo di lavandino del carbonio.
Assumendo l'acido polilattico (PLA) come esempio, le emissioni di gas serra generate durante il suo processo di produzione possono essere ridotte di circa il 60% rispetto al polistirene. Se il prodotto finale può essere compostato o biodegrado, il carbone rilasciato può anche essere assorbito di nuovo dalle piante, realizzando ulteriormente il "ciclo chiuso del carbonio".
Una caratteristica significativa delle resine a base biologica è la fonte rinnovabile delle materie prime. Ad esempio, la canna da mais e zucchero può essere piantata e raccolta ogni anno, a differenza delle risorse minerali come il petrolio e il gas naturale, che richiedono formare milioni di anni di evoluzione geologica.
Questo percorso rinnovabile basato su "impianto di impianto di impianto-uso" non solo allevia la dipendenza da risorse non rinnovabili, ma migliora anche la resilienza e la controllabilità della catena di approvvigionamento del materiale. Con il progresso della tecnologia di riciclaggio per i sottoprodotti e i rifiuti agricoli, la diversità e l'eco-compatibilità delle fonti di materie prime saranno ulteriormente migliorate.
Molte resine a base biologica sono biodegradabili e possono essere scomposte in acqua, anidride carbonica e biomassa mediante microrganismi a determinate condizioni. Ad esempio, PLA, poliidrossialcanoati (PHA), resine a base di amido, ecc. Possono essere completamente degradati in ambienti di compostaggio industriale e possono anche essere lentamente degradati nei corpi del suolo e dell'acqua in determinate circostanze.
Questa caratteristica è di grande significato per alleviare "inquinamento bianco" e ridurre i detriti di plastica marina. Rispetto alle materie plastiche tradizionali che spesso impiegano centinaia di anni per degradare, le bio-resine sono più facilmente assorbite dall'ecosistema dopo la fine del loro ciclo di vita, che aiuta a ottenere un ciclo chiuso veramente verde.
L'uso su larga scala e lo smaltimento casuale della tradizionale materiale petrolchimico hanno portato a gravi problemi ambientali, tra cui accumulo di discarica, inquinamento da plastica marina e ingestione plastica da parte degli animali selvatici. Le resine a base di bio, a causa della loro degradabilità e delle proprietà non tossiche, possono ridurre significativamente l'impatto negativo a lungo termine sull'ambiente naturale e sull'ecosistema.
Alcune resine a base biologica evitano anche l'uso di catalizzatori tossici e additivi per metalli pesanti durante il processo di produzione, riducendo ulteriormente i potenziali rischi per l'ambiente e la salute umana.
In passato, uno dei maggiori dubbi sulle bio-resissioni era se le loro prestazioni potessero soddisfare le esigenze di applicazioni pratiche. Con lo sviluppo della scienza dei materiali, i processi di polimerizzazione e le tecnologie di modifica composita, le moderne resine a base biologica hanno apportato miglioramenti significativi nelle prestazioni funzionali, paragonabili ad alcune materie plastiche tradizionali e ancora meglio in alcuni aspetti.
Attraverso la copolimerizzazione, la reticolazione, la nano-miglioramento e altri mezzi, le bio-resine moderne hanno apportato miglioramenti significativi nella resistenza alla trazione, resistenza all'impatto, flessibilità e altri aspetti. Per esempio:
Il PLA modificato può avere una resistenza all'impatto vicino ad ABS o PS;
L'aggiunta di fibre naturali (come fibre di bambù e fibre di canapa) può migliorare la stabilità strutturale e la resistenza del materiale;
Le poliammidi a base di bio (come PA11) sono state ampiamente utilizzate in automobili, elettronica, attrezzature sportive e altri campi con elevati requisiti per resistenza e tenacità.
La nuova generazione di bio-resine ha realizzato scoperte tecniche nella temperatura di deformazione del calore, indice di fusione, temperatura di decomposizione termica, ecc., Rendendolo adattabile a vari metodi di elaborazione come stampaggio ad iniezione, estrusione, modanatura di soffiaggio e stampa 3D. Per esempio:
I materiali PLA con una migliore stabilità termica possono mantenere la stabilità strutturale ad alte temperature e non sono facili da deformare;
I poliesteri a base biologica come PBS (copolimero di acido succinico) hanno buone proprietà e flessibilità di sigillatura del calore e sono adatti per l'imballaggio termoformante.
I parametri di elaborazione di molte resine a base biologica (come il punto di fusione, la viscosità, il tasso di raffreddamento) sono vicini a quelli della plastica tradizionale, in modo che possano essere prodotti e modellati senza trasformazione su larga scala delle attrezzature esistenti, riducendo il costo della trasformazione aziendale e migliorando l'accettazione del mercato.
Attraverso la progettazione e la modifica della struttura chimica, le bio-resine possono ottenere varie personalizzazioni funzionali, come: ad esempio:
Resistenza all'acqua, resistenza all'olio, ritardo della fiamma e resistenza ai raggi UV;
Funzione di rilascio controllato (utilizzata per film agricoli o vettori di droghe);
Resistenza antibatterica e muffa (vantaggi negli imballaggi medici e alimentari).
Questa capacità di personalizzazione consente di adattarsi a una vasta gamma di applicazioni da imballaggi di prodotti di consumo, alloggiamenti di prodotti elettronici, parti automobilistiche a film agricoli degradabili.
Con lo sviluppo della scienza dei materiali e della tecnologia verde, le resine biologiche ecologiche non sono state solo nella fase di laboratorio, ma hanno raggiunto un'applicazione commerciale in molti settori. Quanto segue introdurrà i suoi esempi di applicazione e i vantaggi offerti dai cinque principali campi di imballaggio, costruzione e casa, medicina, automobile e agricoltura in dettaglio.
L'imballaggio è uno dei campi più utilizzati per le resine a base biologica, in particolare nei beni di consumo usa e getta e nell'imballaggio alimentare. Le applicazioni comuni includono:
Sacchetti di plastica biodegradabili: sacchetti per la spesa, sacchetti di immondizia e sacchetti espressi realizzati in resine PLA, PBAT, a base di amido, ecc., Che possono essere degradate in condizioni di compostaggio industriale dopo l'uso, riducendo "Poluzione bianca";
Contenitori e stoviglie di cibo: ciotole, forchette, cucchiai e tazze realizzate con materiali come PLA e PHA non sono tossici e possono contattare alimenti e non rilasciare sostanze dannose ad alte temperature;
Materiali tamponi espressi: le fibre vegetali o i materiali a base biologica in schiuma vengono utilizzati per sostituire la schiuma di polistirene per gli articoli di trasporto di avvolgimento e tampone, che non solo riducono l'inquinamento da plastica, ma possono anche essere degradati naturalmente.
Le industrie dell'edificio e delle case si stanno gradualmente trasformando verso direzioni a basse ecologie e ecologiche. Le resine a base biologica sono utilizzate principalmente in materiali di rivestimento, adesivi e componenti decorativi in tali applicazioni:
Rivestimenti a pavimento in resina bio-epossia: i materiali epossidici a base di oli vegetali o polioli naturali hanno una buona adesione, resistenza all'usura e stabilità chimica e non rilasciano gas irritanti;
Adesivi per mobili: gli adesivi sintetizzati da proteine di soia o altri monomeri a base biologica possono essere utilizzati per il legame a bordo, il fissaggio della superficie, ecc.
Nel settore medico, ci sono requisiti estremamente elevati per la biocompatibilità e la sicurezza dei materiali. Le resine a base di bio hanno vantaggi unici nei seguenti aspetti:
Strumenti chirurgici usa e getta: siringhe usa e getta, pinze chirurgiche, pinze emostatiche, ecc. Fatti di materiali come PLA e PHA non sono solo sicuri e non tossici, ma anche degradati durante lo smaltimento dei rifiuti medici;
Suture biobsorbibili: le suture in PLA, PGA (acido poliglicolico), ecc. Possono essere degradate e assorbite naturalmente nel corpo umano, evitando la chirurgia secondaria e la rimozione della sutura e alleviando il dolore del paziente;
I vettori di droghe e le membrane a rilascio prolungato: il tasso di rilascio del farmaco è controllato utilizzando la struttura della bio-resina, che viene utilizzata per il parto mirato o per i sistemi di rilascio sostenuto sottocutaneo.
Man mano che la ricerca dell'industria automobilistica della conservazione energetica, della riduzione delle emissioni e degli aumenti leggeri, i materiali a base biologica vengono gradualmente introdotti nella produzione di veicoli. Le applicazioni tipiche includono:
Materiali per interni automobilistici: come schienali del sedile, finiture per porte, dashboard, ecc. Sono realizzati con materiali compositi PLA o poliammidi a base biologica (come PA11), che sono sia belle e rispettose dell'ambiente;
Pannelli compositi leggeri: le fibre naturali (come le fibre di iuta e di canapa) sono combinate con bio-resine per realizzare parti strutturali corporei o strutture che assorbono l'energia, riducono il peso dell'intero veicolo e migliorano l'efficienza del carburante.
L'agricoltura è l'industria più strettamente correlata all'ambiente naturale. L'uso diffuso della plastica tradizionale ha causato una pressione continua sul suolo e sull'ambiente ecologico. L'introduzione di resine a base biologica fornisce una soluzione per la trasformazione verde dell'agricoltura:
Mano agricolo degradabile: un film realizzato in materiali a base di amido o a base di PLA sostituisce il tradizionale film PE. Viene utilizzato per coprire dopo la semina e si degrada automaticamente nel terreno dopo la fine della crescita delle colture, eliminando la necessità di riciclaggio manuale;
Versato di fertilizzanti a rilascio controllato: una struttura di rivestimento fatta di bio-resina controlla il tasso di rilascio dei nutrienti, migliora l'efficienza dei fertilizzanti e riduce il rischio di eutrofizzazione dei corpi idrici;
Pentole di piantine e scatole di piantine: realizzate in una miscela di fibre naturali e bioresine, possono essere piantate direttamente nel suolo e degradare naturalmente con la crescita delle radici delle piante senza influire sulla qualità del suolo.
Man mano che la consapevolezza globale dello sviluppo sostenibile e della protezione ambientale aumenta, la tradizionale maternità a base petrolchimica viene gradualmente messa in discussione per il loro impatto negativo sull'ambiente. In questo contesto, le resine ecologiche a base biologica, come materiale rinnovabile e degradabile, stanno rapidamente emergendo e diventano un fattore importante di trasformazione verde in molti settori. Questo tipo di resina utilizza risorse rinnovabili come amido vegetale, cellulosa, olio vegetale, acido lattico, ecc. Come materie prime, che riducono la dipendenza dalle risorse petrolifere durante l'uso, riducendo significativamente anche le emissioni di carbonio e l'inquinamento ambientale.
L'industria degli imballaggi è una delle aree più utilizzate e in più rapida crescita per le resine a base biologica. Ciò è dovuto principalmente alla doppia domanda del settore di protezione ambientale e funzionalità dei materiali.
Le resine a base biologica come acido polilattico (PLA) e poliidrossialcanoates (PHA) possono essere trasformate in sacchetti di plastica degradabili, film di imballaggio alimentare, pellicole di bolle, scatole da asporto e cannucce. Dopo l'uso, questi prodotti possono essere scomposti in anidride carbonica e acqua attraverso ambienti di compostaggio industriali o domestici, risolvendo efficacemente il problema del "inquinamento bianco".
Rispetto alla plastica tradizionale, l'imballaggio di bio-resina è più sicuro e non contiene additivi dannosi come il bisfenolo A, che soddisfa i requisiti di sicurezza dei materiali di contatto alimentare. Allo stesso tempo, alcuni materiali a base biologica hanno eccellenti proprietà della barriera di ossigeno e umidità, che estendono la durata di conservazione degli alimenti e sono adatti a una varietà di esigenze di imballaggio come cibo refrigerato, frutta fresca e verdura.
Molti paesi di tutto il mondo stanno gradualmente implementando divieti di plastica o restrizioni di plastica e la domanda dei consumatori di imballaggi sostenibili è cresciuta rapidamente, guidando la quota di mercato degli imballaggi a bio-resina. Le aziende usano anche l'imballaggio verde come mezzo importante per la differenziazione del marchio per rafforzare la propria immagine ambientale.
Nell'industria automobilistica e nella produzione di prodotti elettronici, le resine a base biologica stanno gradualmente sostituendo alcune materie plastiche ingegneristiche tradizionali per soddisfare i requisiti multipli del settore per materiali leggeri, durevoli e rispettosi dell'ambiente.
Le case automobilistiche utilizzano attivamente materiali compositi a base biologica per produrre pannelli interni delle porte, cruscotti, tappeti, materiali di isolamento del cofano, ecc. Questi materiali non sono solo più leggeri, il che aiuta a ridurre il peso dell'intero veicolo e migliorare l'efficienza del carburante, ma anche per il loro processo di produzione a basse emissioni di carbonio, sono in linea con la tendenza a bassa trasformazione in carbonio dell'industria automobilistica.
Negli elettrodomestici, gli smartphone, i laptop e altri prodotti, le materie plastiche a base biologica vengono utilizzate per produrre alloggiamenti, componenti della tastiera, materiali di rivestimento a filo, ecc. La sua ritardo della fiamma, la resistenza meccanica e la stabilità termica hanno sostanzialmente soddisfatto i requisiti dei prodotti dell'elettronica di consumo. Alcuni marchi come Sony, Samsung, Dell, ecc. Hanno introdotto materiali a base biologica nei loro prodotti per rispondere agli obiettivi di sviluppo sostenibile.
Rispettare i regolamenti ROHS e raggiungere
L'uso di bio-residenza aiuta le aziende a soddisfare i requisiti di protezione ambientale della ROHS europea (restrizione della direttiva sulle sostanze pericolose) e portata (registrazione, valutazione, autorizzazione e restrizione di sostanze chimiche) e riduce gli ostacoli di esportazione causati dalla non conformità con gli standard ambientali.
Nel campo dei beni di consumo quotidiani, le resine biologiche ecologiche stanno gradualmente diventando una forza importante nel promuovere uno stile di vita verde. Non solo aumenta il valore aggiunto dei prodotti, ma soddisfa anche la ricerca dei consumatori di concetti di protezione ambientale.
Grazie alla sua fonte naturale per materie prime e non tossicità, le bio-resine sono materiali ideali per produrre giocattoli per bambini. Rispetto ai rischi di metalli pesanti, plastificanti, ecc. Che possono esistere nei giocattoli di plastica tradizionali, i giocattoli a base biologica sono più sicuri e più rispettosi dell'ambiente e sono ampiamente accolti dai genitori e dal mercato.
Gli stoviglie, gli spazzolini da denti, i pettini, l'imballaggio cosmetico e altre necessità giornaliere hanno iniziato a utilizzare bioplastici come PLA e PBS. Questi prodotti sono degradabili e privi di inquinamento mentre soddisfano i requisiti di prestazione, diventando alternative ecologiche nei settori degli hotel, dell'aviazione e dei beni di consumo di fascia alta.
Sempre più marchi stanno iniziando a utilizzare bio-resine per sostituire i materiali tradizionali per dimostrare il loro impegno per la protezione ambientale. Ad esempio, alcuni marchi di bellezza usano bottiglie di imballaggio bioplastico, che non solo riflettono il concetto di sostenibilità, ma attira anche i consumatori che sono preoccupati per la protezione ambientale.
Sebbene l'attuale applicazione nelle industrie di costruzione e tessile sia relativamente piccola, le resine ecologiche a base biologica stanno gradualmente attirando l'attenzione con i loro vantaggi unici e mostrando un grande potenziale di sviluppo.
Le resine a base biologica possono essere aggravate con fibre naturali (come canapa, lino e fibre di bambù) per produrre pannelli compositi, pavimenti, pannelli decorativi, materiali isolanti, ecc. Questi materiali hanno buone proprietà meccaniche e stabilità termica. Mentre soddisfano le esigenze delle strutture di costruzione, riducono l'impronta di carbonio degli edifici e aiutano a migliorare i punteggi delle certificazioni di edifici verdi come LEED e BREEAM.
Le resine epossidiche a base di bio e le resine poliuretaniche sono ampiamente utilizzate in rivestimenti a base d'acqua, vernici per pavimenti, sigillanti e altri prodotti da costruzione. Non contengono COV (composti organici volatili), migliorano la qualità dell'aria interna e sono adatti a luoghi con elevati requisiti di salute come ospedali e scuole.
Nell'industria tessile, le resine a base biologica vengono utilizzate per produrre nuovi tessuti ecologici come fibre alternative in poliestere, tessuti rivestiti e tessuti non tessuti. Questi materiali non hanno solo una buona sensazione e traspirabilità, ma possono anche essere biodegradati in determinate condizioni, riducendo l'onere dell'abbigliamento scartato sull'ambiente.
Man mano che le persone prestano sempre più attenzione alle questioni ambientali, la sostenibilità delle materie plastiche tradizionali a base di petrolio è diventata gradualmente un focus globale. Come una delle soluzioni, le resine ecologiche a base biologica (resine a base biologica) sono diventate un'importante direzione di sviluppo nel campo della scienza dei materiali e della produzione verde a causa delle loro fonti rinnovabili, potenziale degradabilità e bassa impronta di carbonio. Nell'effettiva promozione e processo di candidatura, le resine a base biologica affrontano ancora una serie di sfide complesse e intrecciate.
Sebbene le resine a base biologica abbiano evidenti vantaggi nelle prestazioni ambientali, la loro promozione è ancora gravemente limitata dal "collo di bottiglia dei costi" a livello economico. Rispetto al sistema di produzione di plastica petrolchimica matura, le bio-resine sono ancora in fase di sviluppo e mancano di effetti su scala. Il suo processo di produzione prevede più collegamenti complessi come l'estrazione, la conversione e la polimerizzazione delle materie prime, con elevate barriere tecniche e bassa efficienza di produzione, con conseguenti costi unitari elevati.
Il prezzo di mercato delle bio-resine è spesso influenzato dalle fluttuazioni nel mercato internazionale del greggio. In periodi di bassi prezzi del petrolio, il vantaggio in termini di costi delle materie plastiche a base di petrolio è più ovvio, facendo sì che le aziende non hanno una motivazione sufficiente per investire in alternative a base biologica relativamente ad alto costo. Questa "concorrenza ingiusta" a livello economico ha ampiamente soppresso la penetrazione del mercato dei materiali a base biologica.
Per rompere questo punto morto, da un lato è necessario il supporto politico, come fornire agevolazioni fiscali, incentivi per l'approvvigionamento verde o meccanismi di trading di carbonio per migliorare l'entusiasmo delle aziende ad adottare bio-resine; D'altra parte, gli istituti di ricerca scientifica e le aziende devono accelerare le scoperte tecnologiche nei processi chiave, migliorare l'efficienza di conversione delle materie prime e ridurre i costi di produzione.
Le materie prime delle biories provengono principalmente dalla biomassa rinnovabile, come mais, canna da zucchero, rifiuti di legno, alghe, ecc. Se si deve ottenere una produzione commerciale su larga scala, la domanda di materie prime per le biores sarà molto grande, il che può portare alle seguenti due questioni chiave:
Concorrenza con la sicurezza alimentare: quando le colture alimentari vengono utilizzate in grandi quantità nel settore dei materiali, avrà un impatto sull'allocazione della fornitura di terreni agricoli e alimentari. Ad esempio, l'amido di mais è spesso usato come materia prima per l'acido polilattico (PLA). Se non esiste una pianificazione ragionevole, può aggravare il fenomeno del "cibo e industria in competizione per la terra".
Exploitazione eccessiva delle risorse del suolo: al fine di soddisfare le esigenze industriali, alcune regioni possono trasformare aree ecologicamente sensibili come foreste e zone umide in colture energetiche o basi di piantagione di colture industriali, causando rischi ambientali come la ridotta biodiversità, la tensione delle risorse idriche e la riduzione dei lavandini del carbonio.
Per ottenere una fornitura di materie prime sostenibili per le biores, è necessario non solo sviluppare colture energetiche ad alto rendimento e resistenti allo stress (come sorgo dolce, manioca, microalghe, ecc.), Ma anche per promuovere l'utilizzo delle risorse dei rifiuti agricoli e dei prodotti forestali. Inoltre, stabilire un meccanismo di tracciabilità per la fonte di materie prime aiuterà le aziende e i consumatori a valutare il loro impatto ambientale e migliorare la trasparenza della catena di approvvigionamento.
La maggior parte delle resine a base biologica ha proprietà degradabili, in particolare polimeri come PLA e PHA. Tuttavia, la loro "degradabilità" non significa che possano essere rapidamente decomposti nell'ambiente naturale. In effetti, molte bio-resine richiedono condizioni specifiche (come alta temperatura, alta umidità e ambiente aerobico) per completare il processo di degradazione nelle strutture di compostaggio industriale.
Il problema è che la maggior parte delle parti del mondo non ha ancora istituito un sistema di compostaggio industriale completo, in particolare nei paesi in via di sviluppo e nelle aree urbane remote, dove la spazzatura è ancora principalmente discarica o incenerita. Anche nei paesi sviluppati in Europa e negli Stati Uniti, vi sono differenze regionali nella copertura del compostaggio industriale.
Ciò crea una vera contraddizione: se la bio-resina che afferma di essere ecologica entra nella tradizionale catena della spazzatura nel sistema di trattamento sbagliato, non solo non riuscirà a raggiungere la sua missione verde, ma può anche formare una situazione imbarazzante di "protezione pseudo-ambientale".
Per risolvere questo problema, è necessario compiere sforzi a due livelli: in primo luogo, il governo deve accelerare la costruzione della classificazione dei rifiuti e delle infrastrutture di trattamento biodegradabile; In secondo luogo, la ricerca e lo sviluppo dei materiali dovrebbero evolversi nella direzione del "compostaggio familiare amichevole" o "degrado ambientale" per migliorare la capacità dei materiali di adattarsi a una varietà di ambienti di smaltimento.
Con il miglioramento della consapevolezza ambientale, stanno emergendo prodotti con etichette come "bio-a base", "degradabili" e "ecologici". Tuttavia, l'attuale definizione globale di questi concetti non è stata ancora unificata e diversi paesi e istituzioni hanno standard diversi, che possono facilmente confondere i consumatori e i produttori nella comprensione.
Ad esempio, "bio-basato" non è uguale a "degradabile"; Un materiale può essere derivato dalla biomassa, ma non può essere scomposto nell'ambiente naturale a causa della sua struttura stabile. Allo stesso modo, "degradabile" può anche essere diviso in più tipi come la degradazione biodegradabile, biocompostabile e solubile in acqua, ciascuno che richiede diverse condizioni ambientali.
Sebbene alcune organizzazioni internazionali come il Comitato europeo per la standardizzazione (CEN), ASTM International, ISO, ecc. Hanno emesso alcuni standard tecnici e sistemi di certificazione, come EN 13432 e ASTM D6400, il loro ambito di influenza è ancora limitato e manca di valuta globale. Le procedure di certificazione complesse e costose scoraggiano anche le piccole e medie imprese.
È particolarmente urgente stabilire un sistema di etichettatura unificato, vivido e di facile comprensione. I regolatori dovrebbero formulare linee guida chiare di classificazione e etichettatura dei prodotti e promuovere meccanismi globali di riconoscimento reciproco per proteggere i diritti dei consumatori e purificare l'ordine di mercato.
Oltre alle quattro principali sfide, le resine biologiche coinvolgono anche le seguenti questioni realistiche nel processo di promozione:
Stabilità delle prestazioni: alcune bio-resine sono ancora inferiori alle materie plastiche tradizionali in termini di stabilità termica, resistenza meccanica e resistenza ai raggi UV, che limita la loro applicazione in scenari di domanda ad alte prestazioni come automobili, costruzione ed elettronica.
Mancanza di consapevolezza dei consumatori: molti consumatori hanno una conoscenza limitata degli effetti, dell'uso e dello smaltimento della protezione ambientale dei materiali "bio-a base" e possono persino abusare di prodotti a causa di incomprensioni sul degrado, che a sua volta influenza il loro valore ambientale.
Difficoltà a integrare la catena industriale: non è stato ancora stabilito un sistema completo a circuito chiuso dall'acquisizione, dall'uso, dall'uso del riciclaggio, specialmente nelle catene di approvvigionamento transfrontaliera e nell'integrazione multi-industria. Ci sono ancora barriere di coordinamento.
Con il continuo avanzamento della tecnologia, le prestazioni delle resine a base biologica sono state continuamente migliorate, rendendole altamente competitive in una varietà di campi di applicazione. Resine tradizionali a base biologica come acido polilattico (PLA) e poliidrossialcanoati (PHA) hanno dovuto affrontare principalmente prestazioni insoddisfacenti rispetto alle resine a base petrolchimica nei primi giorni, come una stabilità termica inferiore e problemi di forza che sono facilmente influenzati dall'umidità. Negli ultimi anni, gli scienziati dei materiali hanno adottato alcuni approcci innovativi per risolvere gradualmente questi problemi.
Sulla base dell'innovazione di biocatalizzatori e tecnologia di polimerizzazione catalizzata dagli enzimi, il processo di sintesi delle resine a base biologica è stato ottimizzato e il controllo delle catene molecolari è stato più preciso, migliorando così efficacemente la stabilità termica e la resistenza meccanica della resina. Attraverso questo metodo, i ricercatori possono introdurre gruppi funzionali specifici nelle molecole di resina per farli avere una maggiore resistenza al calore e resistenza chimica e persino mantenere una buona stabilità in ambienti ad alta temperatura. Ad esempio, alcune nuove resine PLA hanno notevolmente aumentato la loro temperatura di deformazione del calore introducendo speciali comonomeri, ampliando così lo spazio dell'applicazione del PLA in ambienti ad alta temperatura.
Con l'ascesa della nanotecnologia, l'aggiunta di nanomateriali come nanofibre e nanofiller resine a base biologica ha notevolmente migliorato le loro proprietà meccaniche e tenacità. Ad esempio, la miscelazione di nanoparticelle di grafene o silice su nano in scala con PLA può migliorare significativamente la sua resistenza alla trazione e la resistenza all'impatto. Questo materiale composito ha mostrato un grande potenziale di applicazione nei campi con requisiti materiali estremamente elevati come industrie aerospaziali e automobilistiche.
Con l'avanzamento della tecnologia di stampa 3D, gli scenari applicativi delle resine a base biologica si espandono in modo costante. Nel campo della stampa 3D, resine a base biologica come PLA e PHA sono diventate gradualmente uno dei materiali tradizionali a causa della loro buona stampabilità, non tossicità e degradabilità. Utilizzando una tecnologia di stampa 3D avanzata, le resine bio-basate possono non solo realizzare la produzione di forme complesse, ma anche regolare le proprietà meccaniche e le proprietà funzionali dei materiali in base alla domanda, rendendole sempre più ampiamente utilizzate nella personalizzazione personalizzata, nelle cure mediche, nella costruzione e in altri campi.
Il miglioramento delle prestazioni e il progresso tecnologico delle resine a base biologica hanno gettato le basi per la loro sostituzione su larga scala di materiali plastici tradizionali. Man mano che la tecnologia continua a maturare, abbiamo motivo di credere che le resine a base biologica svolgeranno un ruolo importante in campi più richiesti in futuro.
La fonte di materie prime per resine a base biologica determina la loro sostenibilità e l'economia. Con la crescente preoccupazione per l'impatto ambientale, le tradizionali resine a base biologica di prima generazione (come mais, canna da zucchero, ecc.) Affrontano sfide della concorrenza delle risorse e dei problemi ambientali. Per risolvere questo problema, gli scienziati e gli ingegneri stanno esplorando le materie prime di seconda generazione e di terza generazione, che non sono solo più rispettose dell'ambiente, ma migliorano anche efficacemente l'efficienza di utilizzo delle risorse.
Le materie prime di seconda generazione includono principalmente rifiuti agricoli, come paglia, trucioli di legno, bucce, ecc. Questi materiali non partecipano alla catena alimentare umana, quindi non influiscono direttamente sui problemi di sicurezza alimentare e sono spesso considerati rifiuti durante la lavorazione, quindi l'uso di queste materie prime può ridurre notevolmente i costi di produzione. Ad esempio, i materiali di cellulosa preparati in cannuccia possono sostituire i tradizionali materiali petrolchimici in molti casi. Non solo hanno buone proprietà meccaniche, ma possono anche ottenere il degrado del ciclo di vita completo. Questa idea di "rifiuti in risorse preziose" è una direzione importante per promuovere lo sviluppo di resine a base biologica.
Le materie prime a base biologica di terza generazione includono principalmente alghe, microrganismi e piante marine. Queste materie prime crescono rapidamente, non si affidano alle risorse del suolo e non richiedono quasi ulteriori input agricoli, che hanno enormi vantaggi ambientali ed economici. Come materia prima a base biologica, le alghe possono assorbire una grande quantità di anidride carbonica in un tempo molto breve e convertirla in biomassa a causa della sua fotosintesi efficiente. Pertanto, le alghe non sono solo una risorsa sostenibile, ma il suo processo di crescita aiuta anche a mitigare i cambiamenti climatici. Le resine a base di bio prodotte da alghe non hanno solo buone proprietà fisiche e chimiche, ma possono anche ridurre efficacemente le emissioni di gas serra, rendendole un materiale alternativo verde ideale.
In termini di catena di approvvigionamento di materie prime, con l'emergere di queste nuove materie prime, stanno cambiando anche i modelli di produzione e catena di approvvigionamento delle resine a base biologica globale. Molte aziende hanno iniziato a ottimizzare le catene di approvvigionamento localizzate e i cicli delle risorse, sforzandosi di ridurre l'impronta di carbonio nel processo di produzione. Ad esempio, le aziende agricole di alcune regioni hanno collaborato con le imprese congiunte per produrre resine a base biologica dai rifiuti agricoli per formare un sistema a catena di approvvigionamento a circuito chiuso, che non solo migliora l'efficienza dell'utilizzo delle risorse, ma fornisce anche agli agricoltori una nuova fonte di reddito economico. Allo stesso tempo, alcuni metodi di produzione emergenti come i sistemi di coltivazione di alghe hanno anche promosso la produzione su larga scala di resine a base biologica in una certa misura.
L'innovazione delle materie prime e l'ottimizzazione della catena di approvvigionamento non sono solo fattori tecnici che promuovono lo sviluppo di resine a base biologica, ma creano anche condizioni più stabili e sostenibili per la loro applicazione su larga scala.
Le politiche del governo svolgono un ruolo importante nella promozione di resine a base biologica. Molti paesi e regioni di tutto il mondo hanno riconosciuto l'impatto positivo dei materiali a base biologica sulla protezione ambientale e li hanno promossi attraverso una serie di politiche e regolamenti. Ad esempio, l'accordo verde e la strategia di plastica lanciati dall'Unione europea hanno dichiarato chiaramente che l'Unione europea eliminerà gradualmente i prodotti in plastica usa e getta e promuoveranno l'uso di materie plastiche degradabili e materie biologiche. L'introduzione di queste politiche ha costretto le aziende ad accelerare la ricerca, lo sviluppo e l'applicazione di materiali a base biologica per garantire che rimangano competitivi in un mercato con regolamenti ambientali sempre più rigorosi.
In Cina, il governo ha anche introdotto una serie di politiche che richiedono a tutti i tipi di aziende di ridurre l'inquinamento da plastica e incoraggiare lo sviluppo di materiali a base biologica e degradabile. La National Development and Reform Commission of China ha emesso il "14 ° piano quinquennale per la protezione ecologica e ambientale", proponendo di aumentare la ricerca e lo sviluppo di materiali ecologici e rendere la materia biologica una direzione chiave per lo sviluppo futuro. Con la graduale implementazione dell '"Ordine di restrizione in plastica", anche la domanda di resine a base biologica nel mercato cinese sta crescendo.
La responsabilità verde e gli obiettivi di sviluppo sostenibile delle imprese sono diventati anche importanti fattori nel promuovere la divulgazione delle resine a base biologica. Molte aziende multinazionali, come Nike, Apple e Nestle, hanno incorporato materiali ecologici nelle loro catene di approvvigionamento e hanno promosso l'uso di resine a base biologica attraverso politiche di approvvigionamento verde. Queste aziende si sono impegnate pubblicamente a ridurre i rifiuti di plastica, promuovere il riciclaggio e il riutilizzo e la partecipazione attiva a approvvigionamento verde per promuovere l'applicazione di materiali ecologici in vari campi.
Con il miglioramento della gestione globale della catena di approvvigionamento verde, sempre più aziende hanno iniziato a rendersi conto che adottando materiali rispettosi dell'ambiente come le resine a base biologica, non solo possono migliorare l'immagine del loro marchio e la competitività del mercato, ma anche raggiungere l'obiettivo dello sviluppo sostenibile riducendo le emissioni di carbonio e il consumo di risorse. Questo modello di promozione politica e responsabilità aziendale è la chiave del rapido sviluppo di resine a base biologica.
I benefici ambientali delle resine a base biologica sono molto più che a basse emissioni di carbonio durante l'uso. Come ottenere riciclaggio e riutilizzo efficaci dopo la fine del ciclo di vita del prodotto è la chiave per raggiungere la sua sostenibilità globale. Ciò richiede l'integrazione di resine a base biologica nel sistema di economia circolare per raggiungere un flusso di risorse a circuito chiuso.
Il concetto di base dell'economia circolare è quello di massimizzare il ciclo di vita delle risorse e ridurre la generazione di rifiuti attraverso la stretta integrazione di progettazione, uso e riciclaggio. Per le resine a base biologica, ciò significa che la riciclabilità, la degradabilità e il riutilizzo dei materiali dovrebbero essere considerati nella fase di progettazione. Ad esempio, durante la progettazione di un prodotto, è necessario prendere in considerazione il suo futuro metodo di riciclaggio e i materiali riciclabili e decomposibili devono essere utilizzati separatamente per facilitare lo smontaggio e il riciclaggio. Allo stesso tempo, l'energia rinnovabile può essere utilizzata anche nel processo di produzione delle resine a base biologica per ridurre le emissioni di carbonio nel processo di produzione, in modo da raggiungere veramente la cordialità ambientale durante il ciclo di vita dalle materie prime ai prodotti finali.
Le caratteristiche di degradazione delle resine a base biologica sono anche una base importante per l'ingresso nel sistema di economia circolare. Al momento, molte resine a base biologica, come PHA e PLA, hanno dimostrato di essere in grado di degradarsi nell'ambiente naturale e ridurre l'inquinamento all'ambiente ecologico. Diverse resine a base biologica hanno diverse velocità e metodi di degradazione, quindi è necessario effettuare scelte corrispondenti per usi diversi durante la progettazione. Ad esempio, le resine a base biologica utilizzate negli imballaggi alimentari e nei film agricoli dovrebbero avere le caratteristiche del rapido degrado, mentre i prodotti a lungo termine come automobili e prodotti elettronici dovrebbero concentrarsi maggiormente sul riciclaggio e sul riutilizzo.
Con la promozione del concetto di economia circolare, sempre più aziende e governi hanno iniziato a prestare attenzione a come promuovere il riciclaggio e il riutilizzo delle resine a base biologica attraverso l'innovazione tecnologica, l'ottimizzazione del design e la guida politica. Ad esempio, alcuni paesi europei hanno iniziato a stabilire un sistema di riciclaggio per materiali a base biologica, promuovere il riciclaggio misto di bioplastici e materie plastiche tradizionali e convertirli in nuovi materiali attraverso la tecnologia di riciclaggio chimico.
Attraverso l'integrazione del sistema di materiali circolari, le resine bio-basate possono non solo ridurre i rifiuti delle risorse durante la fase di utilizzo, ma anche essere riciclate efficacemente dopo la fine del ciclo di vita del prodotto e rimettere nel processo di produzione per formare un vero ciclo chiuso. Questo concetto di progettazione del ciclo di vita completo è un modo importante per raggiungere lo sviluppo sostenibile di resine a base biologica.
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