Nhựa phân hủy sinh học có thể dựa trên nhiên liệu sinh học hoặc nhiên liệu hóa thạch. Các loại nhựa mới đã được sản xuất trong những năm gần đây để giải quyết vấn đề ô nhiễm nhựa, bằng cách cố gắng rút ngắn thời gian cần thiết để phân hủy chúng, đặc biệt là trong điều kiện tự nhiên. Tuy nhiên, không phải tất cả các loại nhựa phân hủy sinh học hiện nay đều đạt được mục tiêu này.
Định nghĩa về nhựa phân hủy sinh học
Nhựa phân hủy sinh học là những loại nhựa có thể bị phân hủy do hoạt động của vi sinh vật để tạo ra các sản phẩm cuối cùng tự nhiên, như nước và carbon dioxide, trong một khoảng thời gian hợp lý. Thời gian cần thiết để phân hủy hoàn toàn phụ thuộc vào vật liệu, điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và vị trí phân hủy theo Viện Sản phẩm Phân hủy Sinh học (BPI trang 2).
Nhựa có thể phân hủy là loại nhựa phân hủy sinh học nhanh chóng và biến thành mùn không bị nhiễm kim loại. Không phải tất cả các loại nhựa phân hủy sinh học đều có thể phân hủy được; chỉ một số thôi.
Vật liệu phải đáp ứng Thông số kỹ thuật ASTM D6400 hoặc D6868 để được gọi là có thể phân hủy sinh học và có thể phân hủy trên đất liền, đồng thời đáp ứng các thông số kỹ thuật ASTM D7081 cho môi trường biển. ASTM là nhóm tiêu chuẩn sản phẩm trên toàn thế giới.
Nhựa Polyster gốc sinh học có khả năng phân hủy sinh học
Nhựa có nguồn gốc từ thực vật được gọi là nhựa sinh học. Không phải tất cả những thứ này đều có khả năng phân hủy sinh học; ví dụ như có những chai PET sinh học được sản xuất để có độ bền cao. Nhựa sinh học có khả năng phân hủy sinh học được làm từ hai vật liệu: sinh khối và polyster có nguồn gốc từ thực vật. Có hai loại polyster sinh học: axit polylactide (PLA) và polyhydroxyalkanoate (PHA).
Polyhydroxyalkanoate (PHA)
PHA được sản xuất tự nhiên bởi vi khuẩn và thực vật biến đổi gen (GMO), nhưng có kế hoạch thử sản xuất từ chất thải thực phẩm. Polyhydroxybutyrate hay PHB cũng là một loại PHA được sử dụng rộng rãi. Sản xuất PHA rất tốn kém vì chỉ có thể sản xuất số lượng hạn chế từ vi khuẩn.
- Công dụng:PHA được sử dụng làm màng bọc thực phẩm, cốc, đĩa, lớp phủ cho giấy và bìa cứng, và 'nhiều ứng dụng y tế, bao gồm chỉ khâu, gạc và lớp phủ cho thuốc' theo báo cáo của Trung tâm Hợp tác Công nghiệp và Giáo dục (báo cáo CIEC). Nó có thể thay thế hầu hết các loại nhựa dựa trên nhiên liệu hóa thạch chính hiện đang được sử dụng, chẳng hạn như PE, PS, PVC và PET, theo Bio Based Press.
- Nhựa tinh bột/cellulose pha trộn PHA: Một số mặt hàng nhựa được làm hoàn toàn bằng PHA, như trường hợp chai nước có ghi chú Bio Based Press. Tuy nhiên, do sản xuất PHA đắt tiền nên nó cũng được pha trộn với tinh bột và xenlulo để tiết kiệm hơn. Điều này có thêm lợi thế là cải thiện tốc độ phân hủy theo Tạp chí Khoa học Đại học Dartmouth (DUJS).
- Phân hủy sinh học: Nó có thể hoàn toàn có thể phân hủy được trong môi trường giàu vi khuẩn và nấm, đặc biệt là đất. Những vi khuẩn này phân hủy PHA với sự trợ giúp của enzyme. Thời gian cần thiết để phân hủy phụ thuộc vào nồng độ vi khuẩn trong môi trường.
- PHA mất hai tháng để phân hủy ở sân sau, theo Bio Based Press.
- Tốc độ phân hủy chậm hơn nhiều ở vùng biển, nơi có ít hơn 50% bị phân hủy sau sáu tháng, CalRecycle bổ sung (trang 6). PHA đã vượt qua bài kiểm tra ASTM D7081 với khả năng phân hủy 30% trong sáu tháng (trang 7).
Axit Polylactide (PLA)
DUJS giải thích rằng PLA là một loại nhựa nhiệt dẻo được tạo ra thông qua quá trình lên men của vi khuẩn. PLA thực chất là một chuỗi dài gồm nhiều phân tử axit lactic. Vì có nhiều phương pháp sản xuất axit lactic rẻ tiền nên chúng chỉ cần được polyme hóa hoặc nối lại. Vì vậy, PLA rẻ hơn PHA. Tuy nhiên, PLA dễ gãy và ứng dụng của nó bị hạn chế hơn PHA. Các nhà sản xuất giải quyết vấn đề này bằng cách thêm chất phụ gia hoặc polyme.
- Công dụng: Nó được làm thành túi đựng hàng tạp hóa, bao bì thực phẩm, chai, cốc và đĩa. Theo báo cáo của CIEC, vì nó phân hủy tốt khi có axit nên nó được sử dụng trong một số ứng dụng y tế như chỉ khâu và tấm y tế, nơi nó hòa tan sau 90 ngày. Nó cũng được sử dụng trong in 3-D các vật thể.
- Hỗn hợp PLA và polymer: PHA cũng có thể được pha trộn với các polyme từ các nguồn tái tạo để cải thiện chất lượng của nó theo DUJS.
- Phân hủy sinh học: PLA không thể được ủ phân dễ dàng ở sân sau vì nhiệt độ và mực nước cần thiết không có sẵn trong môi trường này.
- PLA có thể mất sáu-12 tháng để phân hủy trong đất.
- PLA mất ba sáu tháng để phân hủy trong các cơ sở thương mại, World Centric lưu ý.
- Khi quá trình phân hủy xảy ra với sự có mặt của oxy, sản phẩm cuối cùng là carbon dioxide và nước.
- Nếu sự phân hủy PLA xảy ra ở các bãi chôn lấp không có oxy, nó sẽ tạo ra khí metan gây bất lợi cho môi trường gấp 20 lần so với lượng carbon dioxide được nêu ra trong báo cáo của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (trang 2).
- PLA đã không vượt qua bài kiểm tra ASTM D7081 vì chỉ có 3% bị phân hủy trong nước biển sau sáu tháng theo CalRecycle (trang 7).
Vì PLA không phân hủy nhanh trong đất hoặc nước biển nên điều này có thể trở thành vấn đề khi xả rác.
Nhựa phân hủy sinh học dựa trên sinh khối
Nhựa sinh khối được làm từ tinh bột và cellulose thu được từ tàn dư cây trồng cũng như gỗ từ cây.
Cellulose Acetate
Cellulose acetate (CA) là một sản phẩm tổng hợp có nguồn gốc từ cellulose được tìm thấy trong mỗi bộ phận của cây. Cellulose hiện được sử dụng từ bông, gỗ và chất thải cây trồng theo một công bố khoa học năm 2018. Điều này có thể được sử dụng để tạo thành nhựa rắn đúc, đầu lọc thuốc lá, lớp phủ, phim ảnh và bộ lọc. Cellophane là một loại màng phân hủy sinh học được sản xuất từ cellulose. Hiện đang có nghiên cứu mới nhằm tìm ra màng nhựa mới từ chất thải cây trồng và vật liệu gỗ có khả năng chịu nước và phân hủy sinh học theo Phys.org.
Khả năng phân hủy sinh học: Nghiên cứu cho thấy CA xuống cấp và giảm 70% trọng lượng sau 18 tháng trong tự nhiên.
Tinh bột
Một đánh giá năm 2017 lưu ý rằng tinh bột được xử lý bằng nhiệt, nước và chất làm dẻo để tạo ra nhựa nhiệt dẻo. Để cải thiện sức mạnh của nó, nó được kết hợp với chất độn làm bằng vật liệu khác. Nguồn cung cấp tinh bột chủ yếu là ngô, lúa mì, khoai tây và sắn. Loại nhựa này được sử dụng trong bao bì, túi xách, màng phủ nông nghiệp, bộ đồ ăn, chậu hoa và làm khuôn để làm bao bì, hàng tiêu dùng. Theo Diễn đàn Bao bì Thực phẩm, nó được coi là chất thay thế cho polystyrene (PS). Tinh bột được thêm vào nhựa sinh học và nhựa thông thường để làm cho chúng dễ phân hủy sinh học hơn, theo báo cáo Phys năm 2017.
Khả năng phân hủy sinh học: Nhựa làm từ tinh bột có thể phân hủy được hoặc chỉ phân hủy sinh học. Các biến thể có thể phân hủy cần 90 ngày để phân hủy trong các cơ sở công nghiệp, trong khi các biến thể phân hủy sinh học cần 100 ngày để phân hủy 46% và tối đa hai năm để phân hủy hoàn toàn.
Nhựa phân hủy sinh học dựa trên nhiên liệu hóa thạch
Theo Hướng dẫn về Nhựa sinh học, có một số loại nhựa làm nhiên liệu hóa thạch mới cũng có thể phân hủy sinh học. Những loại phổ biến nhất là Polybutylene succinate (PBS), Polycaprolactone (PCL), Polybutyrate adipate terephthalate (PBAT) và Polyvinyl Alcohol (PVOH/PVA).
- PBATlà một loại polyme được sản xuất từ các dẫn xuất nhiên liệu hóa thạch và đôi khi được sử dụng kết hợp với tinh bột. Người ta đang nỗ lực sản xuất loại polymer này từ các nguồn tái tạo. Hướng dẫn về nhựa sinh học coi nó là chất thay thế cho LDPE và HDPE. Nó được sử dụng để làm túi đựng rác, màng bọc, bao bì dùng một lần và bộ đồ ăn (cốc, bát đĩa, v.v.). Nó không chỉ có khả năng phân hủy sinh học mà còn có thể phân hủy được.
- PCL là một loại polyster tổng hợp được sử dụng để làm túi có thể phân hủy, trong ứng dụng y tế (chỉ khâu và sợi), làm lớp phủ bề mặt, chất kết dính cho giày và da, và chất làm cứng cho giày và các loại vật liệu khác. nẹp chỉnh hình. Loại nhựa này có thể bị phân hủy bởi nấm men. Hơn 90% màng và 40% bọt làm từ vật liệu này có thể bị phân hủy trong 15 ngày.
- PBS là một loại nhựa được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch hoặc cũng có thể dựa trên sinh học theo Succinity (trang 1, 5). Nó có thể được kết hợp với các polyme hoặc sợi sinh học khác như đay để cải thiện chất lượng. PBS được sử dụng để làm bao bì thực phẩm, đồ dùng dịch vụ, tấm phủ nông nghiệp, chậu cây, sản phẩm vệ sinh như tã lót và lưới đánh cá.
- PVOH là loại nhựa có thể dùng để làm màng bao bì có thể thay thế LDPE và HDPE. Các ứng dụng quan trọng khác của nó là chất phủ và chất phụ gia cho sản xuất giấy và bìa theo Diễn đàn Bao bì Thực phẩm.
Tất cả bốn loại nhựa làm từ nhiên liệu hóa thạch đều phân hủy sinh học trong ba tháng trong quá trình ủ phân công nghiệp, trong một năm khi ủ phân ở sân sau và trong một đến hai năm trong đất/bãi chôn lấp theo InnProBio (trang 4).
Tái chế và ủ phân
Các đặc tính của các loại nhựa phân hủy sinh học khác nhau phải được ghi nhớ để xử lý chúng ở cuối vòng đời, Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) cảnh báo.
- EPA giải thích rằng không nên thêm nhựa phân hủy sinh học vào thùng tái chế nhựa thông thường vì chúng được làm từ các vật liệu khác nhau. Điều này đúng cho cả loại nhiên liệu sinh học và nhiên liệu hóa thạch.
- Mặc dù nhựa được đánh dấu là có thể phân hủy sinh học và có thể phân hủy, nhưng nhiều loại nhựa trong số đó chỉ có thể phân hủy trong các điều kiện có sẵn tại các cơ sở sản xuất phân bón thương mại; liên hệ với các cơ quan tái chế địa phương để biết thông tin về nhà máy phân trộn gần nhất. Chỉ có 200 cơ sở như vậy ở Mỹ vào năm 2017, vì vậy những trung tâm kiểu này cần được tăng lên.
- Xác nhận rằng túi có thể phân hủy được tại nhà bằng cách làm theo hướng dẫn sản phẩm trước khi thêm chúng vào thùng ủ phân.
- Không thể thu hồi vật liệu từ nhựa phân hủy sinh học thông qua tái chế do thiếu cơ sở vật chất.
Việc phân loại, thu gom và phân hủy hiệu quả là cần thiết để tận dụng nhựa sinh học và nhựa phân hủy sinh học. Khi không có nó, hầu hết nhựa phân hủy sinh học sẽ được đưa vào bãi chôn lấp.
Tương lai của nhựa phân hủy sinh học
Bản chất phân hủy sinh học của nhựa không thể giải quyết được vấn đề ô nhiễm nhựa nếu chúng không được xử lý đúng cách. Hành vi của người tiêu dùng vẫn cần tập trung vào việc giảm tiêu thụ hoặc tái chế nhựa để hưởng lợi từ sự thay đổi từ nhựa nhiên liệu hóa thạch thông thường sang nhựa phân hủy sinh học.
