بیوپلاستیک مبتنی بر PHA : یک جایگزین بالقوه برای مقابله با آلودگی پلاستیکها
محصولات پلاستیکی به دلیل رسانایی حرارتی و الکتریکی کم، وزن سبک، سفتی و سختی، ماندگاری طولانی و مقاومت در برابر خوردگی، فوق العاده همه کاره هستند . همچنین قیمت پایین پلاستیکها به تولید آسان و گسترده آنها کمک می کند، به طوری که آنها در کاربردهای متعدد، از صنایع غذایی گرفته تا کاربردهای پزشکی و فناوری که به نفع جامعه است مورد استفاده قرار می گیرند.
با این حال، در دهه گذشته زباله های پلاستیکی با انتشار گازهای گلخانه ای، تجمع در زیستگاههای زمینی و دریایی و … به عنوان یک آلودگی فراگیر در سراسر جهان شناخته شده اند .
پلاستیک و ضایعات و بقایای آن را می توان در زیستگاه های خشکی، اقیانوسی، رودخانه های آب شیرین و در دورافتاده ترین نقاط جهان یافت.
اگرچه تولید و کاربرد جهانی پلاستیک در حال افزایش است، مدیریت و تصفیه زباله در بسیاری از نقاط همچنان یک نگرانی اصلی محسوب میشود.
با گذشت زمان، پلاستیکها در محیط تخریب شده و میکرو و نانوپلاستیک‌هایی تولید می‌کنند که ذرات یا الیاف بسیار کوچکی هستند و عموماً برای موجودات زنده مضر میباشند. اخیراً انسان ها حدود 34 میلیون تن پلاستیک تولید کرده اند.و تنها 7 درصد از این مقدار بازیافت شده و 93 درصد باقی مانده به محل های دفن زباله، اقیانوس ها و دریاها ختم می شوند.
چندین موضوع زیست محیطی و اقتصادی ناشی از استفاده گسترده از پلاستیک ها وجود دارد:مشکلات دفن زباله، تجمع پلاستیک در اقیانوس ها، سوزاندن پلاستیک ها، تجزیه ناپذیری یا دوام و مشکلات اقتصادی مانند رقابت نفت خام و امنیت انرژی.
این پیامدهای منفی، پتانسیل آسیب رساندن به انسان ها و حیوانات و همچنین مختل کردن کامل چرخه های بیولوژیکی و اکوسیستم ها را دارند. بنابراین، یافتن جایگزینی برای پلیمرهای مشتق شده از نفت به یک نیاز مبرم تبدیل می شود.
تقاضای فزاینده برای محصولات سازگار با محیط زیست، همراه با نیاز به کاهش انتشار کربن و آلودگی میکروپلاستیک و پلاستیک در زمین، باعث رشد منابع جدید بیوپلاستیک در سال های اخیر و استفاده از پلاستیک های زیستی مبتنی بر پلی هیدروکسی آلکانوات ها (PHA) به عنوان جایگزینی برای پلاستیک های مبتنی بر نفت شده است .
پلی هیدروکسی آلکانوات ها (PHAs) پلی استرهای زیست تخریب پذیری هستند که توسط میکروارگانیسم های متعدد سنتز می شوند و به عنوان مواد ذخیره سازی درون سلولی در سیتوپلاسم تجمع می یابند.
این پلاستیکها ساختار گیاهی دارند و از زیست توده‌هایی نظیر چربی، روغن گیاهان، ذرت و نشاسته تشکیل شده اند. همچنین به دلیل خواص ترموپلاستیک، سازگاری با محیط‌زیست و غیرسمی بودن کاندیداهایی بالقوه ای برای جایگزینی پلاستیک های تجدید ناپذیر پتروشیمی هستند.
پلی هیدروکسی آلکانوات ها (PHAs) پلی استرهای زیست تخریب پذیر هستند که توسط باکتری هایی مانند Cupriavidus necator و Ralstonia eutropha و همچنین سایر باکتری های گرم منفی و گرم مثبت تولید می شوند.
برای تولید پلاستیک های زیستی و بیومواد مرتبط، PHA ها ممکن است از انواع مختلف باکتری استخراج و تصفیه شوند. این مساله ممکن است به کاهش وابستگی جهان کنونی به پلاستیک های مشتق شده از نفت کمک کند، که آلودگی پلاستیک را کاهش می دهد و از طبیعت محافظت کند.
برخلاف پلاستیک‌های سنتی که طول عمر آنها بین 100 تا 1000 سال است، پلاستیک‌های زیستی مبتنی بر PHA ممکن است در عرض 20 تا 45 روز به آب و دی‌اکسید کربن تجزیه شوند. (اگر رطوبت، اکسیژن و تعداد کافی میکروب در محیط وجود داشته باشد).
کاربردهای پلی هیدروکسی آلکانوات ها
پلی هیدروکسی آلکانوات ها (PHAs) زیست تخریب پذیر هستند و می توانند بدون سوخت های فسیلی ساخته شوند، زیرا آنها عمدتاً از زیست توده ساخته شده اند و در نتیجه، استفاده از این مواد به شکل ترکیب یا کامپوزیت با پلیمرهای مصنوعی تجزیه‌پذیر یا غیرقابل تجزیه افزایش یافته است.
PHA ها به دلیل ویژگی هایی از جمله ترموپلاستی، آب گریزی، عایق بودن و مانع بخار، منبع ضروری مواد بسته بندی هستند. شیشه های مشتق شده از PHA، فنجان های یکبار مصرف، سینی ها و ظروف بسته بندی بر پایه فوم در حال حاضر در صنایع غذایی در دسترس هستند.
صنعت پزشکی
PHA ها دارای کاربردهای پزشکی مختلفی مانند ظروف حامل دارو، مهندسی بافت، دریچه های قلب، بخیه های جراحی، ایمپلنت های پزشکی، پوست مصنوعی، بازسازی اندام مصنوعی، شیمی درمانی، عوامل ضد سرطان، تقویت کننده های حافظه ، ترمیم غضروف مفصلی، ساخت وصله قلبی، دستگاه‌های ترمیم منیسک، موانع چسبندگی، چسب‌های تعمیری، پین‌های ارتوپدی، چسب‌ها و پرچ‌ها، پیچ‌ها و منگنه‌ها، استنت‌ها، بست بخیه‌ها، مش جراحی و سایر دستگاه‌ها از جمله پتانسیل‌ترین دستگاه‌ها هستند.
علاوه بر این، هنگامی که در داخل بدن مورد استفاده قرار می گیرند، PHA ها هیچ تاثیر منفی حاد یا طولانی مدتی بر سلامت ندارند.
صنعت کشاورزی
هداف مختلفی استفاده می‌شوند، از جمله کپسوله‌سازی بذر و کود، فیلم‌های محافظت از محصول، و حامل‌های آفت‌کش‌ها و حشره‌کش‌های زیست تخریب‌پذیر، گیره ها، ژئوتکستایل ها، سیم ها و توزیع کننده های فرمون نمونه هایی از محصولات مورد استفاده در کشاورزی برای محافظت از گیاهان در برابر شرایط محیطی شدید هستند.
بسیاری از کشاورزان برای افزایش تولید محصول، مزارع خود را با پتوهای پلاستیکی می پوشانند. پلیمرهای سنتی آثاری از خود به جای می گذارند، در حالی که پلاستیک زیست تخریب پذیر ساخته شده از مواد طبیعی به طور کامل تخریب می شود.
فیلم مالچ زیست تخریب پذیر را می توان پس از استفاده دوباره در مزرعه شخم زد و هزینه کار و دفع را کاهش داد.
صنعت خودرو
تلاش های پایداری برای استفاده از پلیمرهای زیستی وجود دارد . تویوتا ادعا می کند که اولین شرکتی است که از PET مبتنی بر نیشکر در آستر خودرو و همچنین برخی از سطوح داخلی استفاده می کند.
مچنین مزدا ادعا می‌کنند که محتوای یراق آلات داخلی بیش از 80 درصد از محصولات گیاهی و همچنین روکش‌های صندلی کاملاً از پارچه‌های زیستی مشتق شده از گیاه ساخته شده است.
علاوه بر این، پیشرفت های تکنولوژیکی تضمین کرده است که طیف کاربردهای پلیمرهای زیستی همچنان در حال گسترش است، در حال حاضر شامل قطعات صفحه کلید، پوشش های تلفن همراه، ریزتراشه ها و فوق خازن ها و بطری ها، جوهرها، درزگیرها، بسته بندی کالاهای مصرفی و فیلم های غذایی. الکترونیک، لوازم آرایشی، بخش زیست پزشکی، هوا فضا، کالاهای مصرفی، کشاورزی، صنایع بسته بندی. ظروف یکبار مصرف، اسباب بازی ها.
مزایای بیوپلاستیک PHA :
- می توانند از منابع کاملاً تجدید پذیر ساخته شوند.
- کاملاً زیست تخریب هستند و هیچ چیز ضرری به محیط زیست وارد نمی کنند.
- زیست سازگار هستند، به این معنی که کاربردهای پزشکی گسترده ای دارند.
- تجزیه آنها نسبت به سایر پلاستیک های زیست تخریب پذیر کسری از زمان را می طلبد، یعنی یک سال برای یک بطری پلاستیکی به جای 100-1000 سال.
- کاملاً غیر سمی هستند .
معایب بیوپلاستیک PHA:
- هنوز در مراحل ابتدایی نسبی خود هستند و هزینه ساخت و خرید آنها بالاست
- در برخی موارد مقاومت مکانیکی محدودی مشاهده شده است .
- قبل از عرضه جهانی باید تحقیقات بیشتری انجام شود .
پایان عمر بیوپلاستیک های مبتنی بر PHA
هنگامی که PHA ها یا مواد مبتنی بر سلولز در محیط دور ریخته می شوند، می توانند توسط میکروارگانیسم هایی که به طور طبیعی در خاک یا کمپوست وجود دارند تجزیه شوند.
این فرآیند بخش مهمی از چرخه جهانی کربن است، زیرا بازیافت کربن موجود در این مواد به محیط زیست کمک می کند. با این حال، سرعت تجزیه بسته به عوامل مختلفی از جمله نوع ماده، وجود سایر مواد مغذی و شرایط محیطی (مانند دما و رطوبت) متفاوت خواهد بود.
