Projekt współfinansowany jest ze s rodków Unii Europejskiej - Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu dla Europy S rodkowej

Transkrypt

1 Projekt współfinansowany jest ze s rodków Unii Europejskiej - Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu dla Europy S rodkowej

2 Innovative value chain development for sustainable plastics in Central Europe Biotworzywa szansą przyszłości Dokument został przygotowany w ramach projektu PLASTICE i wchodzi w skład WP4 Ramowych warunków stymulujących popyt rynkowy, WP4.2 Szkicu schematu doradztwa międzynarodowego

3 4

4 Spis treści Przedmowa Wprowadzenie Materiały polimerowe podstawy Tworzywa polimerowe Podział tworzyw polimerowych Klasyczne tworzywa polimerowe ze źródeł kopalnych Biodegradowalne tworzywa polimerowe Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców kopalnych Materiały oxodegradowalne Tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych Zdolności produkcyjne biotworzyw Wyroby zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju i kryteria oceny Model oceny zrównoważonego rozwoju dla tworzyw polimerowych Kryteria oceny aspektów środowiskowych Kryteria oceny aspektów społecznych Kryteria oceny aspektów ekonomicznych Systemy oceny wyrobów polimerowych pod kątem wybranych kryteriów Certyfikacja kompostowalnych tworzyw polimerowych Certyfikacja zawartości źródeł odnawialnych Certyfikacja podsumowanie Ślad węglowy potwierdzenie redukcji emisji gazów cieplarnianych Wnioski...50 Załączniki: Załącznik A: Wykaz zastosowań biotworzyw...51 Załącznik B: Schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów biodegradowalnych

5 Przedmowa W ciągu ostatnich 100 lat tworzywa polimerowe znalazły tak szerokie zastosowanie w niemal wszystkich dziedzinach życia od opakowań żywności czy zastosowań w medycynie po produkcję części samochodowych i zabawek że dziś trudno wyobrazić sobie, iż jeszcze wiek temu nie wywarzano ich na skalę przemysłową. Tworzywa zabezpieczają żywność, sprawiają, że pozostaje świeża, i umożliwiają jej transport na duże odległości. Zapewniają sterylność zapakowanych w nie wyrobów medycznych, takich jak igły, a także soli fizjologicznej czy krwi. Sprawiają, że samochody są lżejsze i zużywają mniej paliwa. Dają także radość dzieciom, bawiącym się wykonanymi właśnie z tworzyw klockami Lego czy lalkami Barbie. Szczególnie wart podkreślenia jest również fakt, że tworzywa polimerowe to jedyna grupa materiałów w całości produkowana przez człowieka. Jednak oprócz ogromnych korzyści, jakie daje stosowanie tworzyw, istnieją też negatywne aspekty ich użycia. Rodzaj tworzywa oraz sposób postępowania z nim po wykorzystaniu ma ogromny wpływ na ludzkie zdrowie i środowisko naturalne. Stwierdzono na przykład, że Bisfenol A, stosowany w opakowaniach do żywności i napojów, wpływa na równowagę hormonalną organizmu, powodując powstawanie zaburzeń rozwojowych i nowotworów. Także Wielka Pacyficzna Plama Śmieci to w istocie ogromne dryfujące skupisko odpadów z tworzyw sztucznych, unoszących się swobodnie w oceanie. Oba te przykłady budzą w ludziach poważne obawy i zwracają uwagę opinii publicznej na problem tworzyw. Książki takie jak: Plastic: A Toxic Love Story (Tworzywa sztuczne toksyczna miłość) S. Freinkel, Plastic Free: How I Kicked the Plastic Habit and How You Can Too (Wolny od tworzyw jak udało mi się rzucić tworzywowy nałóg i jak ty też możesz tego dokonać) B. Terry czy Plastic Ocean: How a Sea Captain s Chance Discovery Launched a Determined Quest to Save the Oceans (Ocean Tworzyw: jak kapitan znalazł szansę i rozpoczął misję ratowania oceanów) C. Moore a oraz C. Phillips stanowią odzwierciedlenie tych obaw i kwestionują obecne modele stosowania oraz nadużywania tworzyw sztucznych. Dzisiaj najważniejszym celem jest upowszechnianie tworzyw, które nie zagrażają zdrowiu ludzi i zwierząt, a także środowisku naturalnemu, spełniając jednocześnie potrzeby użytkowników. Nauka i przemysł, ale także polityka społeczna to sfery, w których należy podjąć działania na rzecz wprowadzenia właściwych wytycznych i materiałów, mających pomóc zrealizować ten cel. Od tego zależą nasze życie, zdrowie oraz stan środowiska. Krokiem w tym kierunku jest także projekt PLASTiCE. Główny problem stanowi społeczna akceptacja nowych tworzyw, które w mniejszym stopniu obciążają środowisko. Projekt PLASTiCE polega na współpracy z wieloma partnerami, począwszy od przedstawicieli przemysłu, poprzez organizacje poza- 6

6 rządowe, agencje rządowe, aż po użytkowników, detalistów i naukowców. Nasze doświadczenie pokazuje, że wszystkie te grupy są zainteresowane poszukiwaniami nowych, atrakcyjnych cenowo i przyjaznych dla środowiska tworzyw. Pytanie brzmi: jak połączyć rozmaite interesy poszczególnych grup, aby zapewnić skuteczność działania? Co ciekawe, wszystkie te grupy mają podobne priorytety chcą bezstronnej, rzetelnej informacji i odpowiedzi na pytania dotyczące tworzyw polimerowych. Niniejszy przewodnik został przygotowany z myślą o spełnieniu niektórych z tych potrzeb i pokonywaniu przeszkód, w korzystaniu z nowych, bardziej funkcjonalnych, powodujących mniej obciążeń środowiskowych i niewpływających negatywnie na zdrowie ludzkie tworzyw. Andrej Kržan, Koordynator Projektu PLASTiCE 7

7 1. Wprowadzenie Drodzy Czytelnicy, Celem wydania niniejszego przewodnika było przekazanie w sposób zrozumiały i obiektywny informacji, które pozwolą lepiej zrozumieć znaczenie tworzyw polimerowych zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju. Autorzy przewodnika, partnerzy projektu Central Europe PLASTiCE, posiadają znaczne doświadczenie związane z tworzywami polimerowymi zgodnymi z zasadą zrównoważonego rozwoju oraz na co dzień współpracują z przedsiębiorstwami działającymi w całym łańcuchu wartości tworzyw polimerowych. W oparciu o zdobyte doświadczenia, przywołaliśmy listę 10 najczęściej zadawanych pytań z tego zakresu. Pytania 1. Jakie wyroby można produkować z biotworzyw? 2. Czy produkcja wyrobów z biotworzyw jest uzasadniona z ekonomicznego punktu widzenia? 3. Czy istnieją możliwości technologiczne produkcji wyrobów z biotworzyw? 4. Czy moje przedsiębiorstwo posiada odpowiednie kwalifikacje? 5. Czy moje przedsiębiorstwo dysponuje odpowiednimi urządzeniami oraz możliwościami przetwórczymi? 6. Dlaczego należy certyfikować wyroby z biotworzyw? 7. W jaki sposób przekonać klientów do zakupu wyrobów z biotworzyw? 8. Gdzie moje przedsiębiorstwo może pozyskać odpowiednie surowce do produkcji (polimery, barwniki itd.)? 9. Gdzie znaleźć partnerów? 10. Jak zacząć? W przewodniku znajdą Państwo odpowiedzi na wszystkie te pytania. Poniżej zostały one pokrótce przedstawione wraz z odnośnikami wskazującymi, w której części przewodnika można uzyskać więcej informacji. Odpowiedzi 1. Jakie wyroby można produkować z biotworzyw? Biotworzywa, podobnie jak klasyczne ropopochodne tworzywa polimerowe, znajdują różnorodne zastosowania, charakteryzują się bowiem wieloma użytecznymi właściwościami, takimi jak łatwość nanoszenia nadruku czy przepuszczalność gazów, pary wodnej i tłuszczy, które można dostosować do określonych potrzeb. Więcej informacji na temat właściwości tych tworzyw zamieszczono w rozdziale 3. Obecnie biotworzywa znajdują zastosowanie głównie w sektorze opakowaniowym i spożywczym jako torby handlowe, tacki do żywności, kubki do jogurtów, sztućce itd. Rosnącą popularność biotworzyw można zaobserwować w: medycynie, rolnictwie, elektronice, sporcie, a nawet branży motoryzacyjnej. Należy zauważyć, że sektor biotworzyw jest dopiero w fazie rozwoju. Przewiduje się jednak jego bardzo szybki wzrost w ciągu kilku 8

8 następnych lat, co wpłynie na zwiększenie możliwych zastosowań. Patrz: Załącznik A: Wykaz zastosowań biotworzyw. 2. Czy produkcja wyrobów z biotworzyw jest uzasadniona z ekonomicznego punktu widzenia? Pomimo iż biotworzywa są droższe niż tradycyjne, w ostatnich latach ich rynek rozwijał się w sposób zrównoważony, zarówno pod względem kosztów, jak i regulacji prawnych (opracowanie norm, kryteriów certyfikacji, a w niektórych krajach nawet wprowadzenie zakazu stosowania klasycznych tworzyw polimerowych do pewnych zastosowań, takich jak torby handlowe). Zapotrzebowanie na biotworzywa obserwuje się głównie w branżach: opakowaniowej, motoryzacyjnej, zabawkarskiej i elektronicznej. Wiele koncernów światowych uwzględniło je także w przyjętej długoterminowej strategii wzrostu i innowacyjności. Ulepszanie biotworzyw ma charakter wielowymiarowy. Z jednej strony producenci materiałów rozwijają nowe tworzywa oraz dodatki, z drugiej zaś producenci wyrobów gotowych obserwują duży potencjał innowacyjny i rozwojowy biotworzyw, w odróżnieniu od oferty opartej na tworzywach klasycznych. Więcej na ten temat znaleźć można w rozdziale 3. i rozdziale 4., gdzie przedstawiono różne kryteria oceny zrównoważonego rozwoju biotworzyw. 3. Czy istnieją możliwości technologiczne produkcji wyrobów z biotworzyw? Obecne na rynku, biotworzywa znajdują szeroki zakres zastosowań. Mogą być poddawane tym samym procesom przetwórczym co ich klasyczne odpowiedniki termoformowanie, wytłaczanie, formowanie z rozdmuchem itd. Różnice w przetwórstwie biotworzyw i klasycznych tworzyw polimerowych polegają na doborze innych parametrów urządzeń produkcyjnych. Parametry te są uwzględnione w charakterystyce biotworzyw dostarczanej przez producentów przy zakupie. Generalnie, pod względem złożoności procesów technologicznych, biotworzywa nie są trudniejsze w obróbce od tworzyw klasycznych. Więcej na ten temat można znaleźć w rozdziale Czy moje przedsiębiorstwo posiada odpowiednie kwalifikacje? Pojęcie odpowiednich kwalifikacji odnosi się do cech takich jak: możliwości, umiejętności, wiedza, zdolności i doświadczenie. Istnieją dwa rodzaje kwalifikacji: techniczne i pozatechniczne. Gdy bierze się pod uwagę pełny cyklu życia procesów produkcyjnych, użycia przemysłowego, użytkowania przez konsumenta oraz postępowania z odpadami, niezbędne kwalifikacje przy wykorzystywaniu biotworzyw są ściśle techniczne i nie różnią się od tych wymaganych dla klasycznych tworzyw polimerowych. Biotworzywa mogą być przetwarzane na tych samych maszynach co tworzywa klasyczne, a ich zastosowanie i sposób użytkowania zależą tylko od właściwości materiału. Postępowanie z odpadami z biotworzyw nie różni się od postępowania z odpadami z tworzyw klasycznych, różnice występują tylko w przypadku biotworzyw biodegradowalnych. Biotworzywa kompostowalne mogą być kompostowane razem z odpadami organicznymi proces ten to recykling organiczny. Wszystkie biotworzywa stwarzają większe możliwości w działaniach marketingowych i PR, działania te jednak muszą być prowadzone z rozwagą i odpowiednio dostosowane do specyfiki materiału oraz jego zastosowania. 9

9 Niniejszy przewodnik powstał w celu przybliżenia kwestii związanych z kwalifikacjami niezbędnymi do postępowania z biotworzywami i wypełnienia ewentualnych braków w wiedzy pozatechnicznej. 5. Czy moje przedsiębiorstwo dysponuje odpowiednimi urządzeniami oraz możliwościami przetwórczymi? Podobnie jak w przypadku wszystkich innych materiałów, podstawowe znaczenie ma dostosowanie właściwości biotworzyw do określonych zastosowań wyrobu, który przedsiębiorstwo zamierza wytwarzać. Niektóre biotworzywa (nazywane zielonymi, gdyż są wytwarzane ze źródeł odnawialnych) charakteryzują się identycznymi właściwościami jak ich odpowiedniki produkowane z surowców kopalnych (np. PE i zielony PE). Inne natomiast zdecydowanie różnią się właściwościami, co stwarza możliwość twórczego ich wykorzystania. Jak wspomniano w odpowiedzi na pytanie 3., biotworzywa mogą być przetwarzane na urządzeniach do przetwórstwa klasycznych tworzyw polimerowych. 6. Dlaczego należy certyfikować wyroby z biotworzyw? Nie sposób wyobrazić sobie współczesnego świata bez tworzyw polimerowych. Te uniwersalne materiały są jednak postrzegane jako sprzeczne z coraz powszechniejszym przyjaznym środowisku stylem życia, co skłoniło do poszukiwań alternatywnych tworzyw. Jednym z najbardziej widocznych i obiecujących rozwiązań w tym zakresie są biotworzywa. Trudno je jednak odróżnić od klasycznych tworzyw polimerowych, dlatego należy wprowadzić mechanizmy zabezpieczające odpowiednią jakość i znakowanie. Służą temu systemy normalizacji oraz certyfikacji. Certyfikacja wyrobów i materiałów jest dobrowolna, zapewnia jednak wiele korzyści. Certyfikat odróżnia biotworzywa od klasycznych tworzyw polimerowych i potwierdza, że materiał spełnia wymagania normatywne. Stanowi to ogromną zaletę w porównaniu z wyrobami nieposiadającymi certyfikatu. Oznaczenie znakiem certyfikacyjnym daje konsumentowi pewność co do odpowiednich właściwości wyrobu lub materiału. Znak certyfikacyjny dla tworzyw kompostowanych ułatwia segregację i właściwe postępowanie z odpadami, gwarantując odpowiednią jakość wyrobu. Szczegółowe dane na temat różnych form certyfikacji biotworzyw znajdują się w rozdziale W jaki sposób przekonać klientów do zakupu wyrobów z biotworzyw? Biotworzywa to nowe i innowacyjne materiały, które znajdują zastosowanie w produkcji szerokiej grupy wyrobów. Stanowią one doskonałą alternatywę dla klasycznych tworzyw polimerowych. Chociaż w tych samych zastosowaniach większość biotworzyw nie różni się wizualnie od klasycznych tworzyw polimerowych, istnieje wiele metod pozwalających na ich skuteczną promocję: rozmaite techniki marketingowe, kwestie związane ze społeczną odpowiedzialnością biznesu (CSR) oraz komunikacją społeczną (PR). Większość biotworzyw wytwarzana jest ze źródeł odnawialnych i posiada wiele atutów, które wykorzystać można w działaniach marketingowych. Jednym z takich atutów są unikalne właściwości, jak biodegradowalność. Biotworzywa odnoszą także sukces na rynkach niszowych, przede wszystkim jako opakowania żywności organicznej czy dóbr luksusowych. Producenci mogą liczyć na korzyści wynikające z rozwoju rynku produktów dla osób żyjących w zgodzie z naturą. 10

10 Biotworzywa świetnie wpisują się w ideę zrównoważonego rozwoju. Rozdział 4. w całości dotyczy aspektów zrównoważonego rozwoju oraz przedstawia metody pozwalające na jego ocenę w kontekście produkcji i użytkowania biotworzyw. 8. Gdzie moje przedsiębiorstwo może pozyskać odpowiednie surowce do produkcji (polimery, barwniki itd.)? Dwa załączniki do niniejszego przewodnika zawierają zarówno szeroki wykaz zastosowań biotworzyw, jak też schemat badań i rozwoju uwzględniający listę instytucji, z którymi można się kontaktować w celu uzyskania informacji na temat biotworzyw. Schemat badań i rozwoju jest jednym z ważnych efektów projektu PLASTiCE. Wykaz zastosowań biotworzyw został przygotowany, by pomóc w określeniu sposobu ich wykorzystania w Państwa przedsiębiorstwie i pokazać, że możliwości użycia są dużo większe niż tylko worki do gromadzenia odpadów organicznych. Wyroby podzielono na różne grupy, dodając krótki opis możliwych zastosowań wraz z zaletami wynikającymi z ich charakterystyki. Drugi załącznik schemat badań i rozwoju (Schemat międzynarodowej współpracy w zakresie badań i rozwoju tworzyw polimerowych) jest wynikiem współpracy pomiędzy siedmioma instytucjami z czterech krajów Europy Centralnej, partnerami projektu. Schemat badań i rozwoju stanowi propozycje rozwiązań dla przedsiębiorstw z Europy Centralnej w działaniach zmierzających do wprowadzenia na rynek wyrobów z biotworzyw. Zawiera on dane kontaktowe lokalnych instytucji, które mogą pomóc w rozmaitych kwestiach dotyczących biotworzyw. 9. Gdzie znaleźć partnerów? Przemysłowe wykorzystanie biotworzyw wymaga udziału różnych partnerów rynkowych w szczególności w dziedzinie rozwoju i badań. Z tego względu każde przedsiębiorstwo pragnące rozpocząć działalność związaną z biotworzywami powinno współpracować z partnerami służącymi wiedzą oraz pomocą. Schemat badań i rozwoju, znajdujący się w Załączniku B, zawiera dane dysponujących dużym doświadczeniem przedsiębiorstw i instytutów, które mogą pomóc w kwestiach dotyczących biotworzyw oraz oferują doradztwo w wykorzystywaniu biotworzyw w Państwa produkcji. 10. Jak zacząć? Początkiem procesu wprowadzenia nowego produktu jest zawsze pomysł, który musi koncentrować się na odpowiednim rynku odbiorców. Biotworzywa oferują nowe, innowacyjne możliwości zarówno w przypadku już wytwarzanych, jak też planowanych wyrobów. Wpisując się w światowe tendencje poszukiwań rozwiązań zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju i korzystnych dla środowiska, biotworzywa mogą się tu stać alternatywą. Biotworzywa szansą przyszłości to publikacja przekazująca w przystępny sposób informacje o biotworzywach, która pozwoli przejść przez kolejne etapy niezbędne do rozpoczęcia działalności związanej z tymi materiałami. 11

11 2. Polimery podstawy Przed wprowadzeniem definicji oraz przedstawieniem klasyfikacji tworzyw polimerowych warto uzmysłowić sobie, że głównym ich składnikiem są polimery. Polimery to wielkocząsteczkowe związki chemiczne zbudowane z wielu monomerów. Mogą mieć budowę liniową, rozgałęzioną lub usieciowaną. Zazwyczaj polimery o budowie liniowej i rozgałęzionej mają właściwości termoplastyczne, to znaczy są topliwe w określonych temperaturach, a także rozpuszczalne w niektórych rozpuszczalnikach. Polimery usieciowane są nietopliwe i nierozpuszczalne. Polimery są rozpowszechnione w przyrodzie i stanowią materiał budulcowy organizmów roślinnych oraz zwierzęcych. Należą do nich: skrobia, celuloza, białka, chityna itd. Druga grupa to polimery uzyskiwane syntetycznie na skalę przemysłową z ropy naftowej. Wszystkie rodzaje polimerów znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle. Polimery można podzielić według różnych kryteriów. Poniżej przedstawiono kilka przykładów. Podział ze względu na właściwości fizykochemiczne: termoplasty pod wpływem ciepła miękną, a po ochłodzeniu ponownie twardnieją, dla przykładu akrylonitryl-butadien-styren ABS, poliwęglan PC, polietylen PE, politereftalan etylenu PET, polichlorek winylu PVC, polimetakrylan metylu PMMA, polipropylen PP, polistyren PS, polistyren spieniony EPS itd.; tworzywa termoutwardzalne (duroplasty) po uformowaniu pozostają twarde nie miękną pod wpływem ogrzewania, dla przykładu: żywice epoksydowe EP, fenoplasty PF itd.; elastomery tworzywa, które można rozciągać i ściskać; w wyniku rozciągania lub ściskania elastomery zmieniają znacznie swój kształt, jednak po odjęciu siły wracają do poprzednich kształtów. Podział ze względu na sposób otrzymywania: polimery syntetyczne powstają w wyniku syntezy chemicznej (poliaddycja 1, polikondensacja 2, kopolimeryzacja 3 ); polimery naturalne powstające w organizmach żywych, np.: celuloza, białka, kwasy nukleinowe; polimery naturalne modyfikowane zmodyfikowane polimery naturalne posiadające nowe właściwości, np. octan celulozy, białka modyfikowane, skrobia modyfikowana. Podział ze względu na pochodzenie surowców, z których powstają: źródła odnawialne (surowce roślinne i zwierzęce); źródła nieodnawialne (ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny). 1 Poliaddycja (polimeryzacja addycyjna) proces łączenia się monomerów bez wydzielania produktów ubocznych. 2 Polikondensacja (polimeryzacja kondensacyjna) proces łączenia się monomerów z wydzielaniem się produktów ubocznych. 3 Kopolimeryzacja proces łączenia się przynajmniej dwóch różnych monomerów, w wyniku którego powstaje kopolimer. 12

12 Podział ze względu na zastosowanie: opakowania; budownictwo; motoryzacja; elektronika; medycyna. Podział ze względu na podatność na działanie enzymów wytwarzanych przez bakterie i grzyby: biodegradowalne (polilaktyd PLA, polihydroksyalkaniany PHA i inne poliestry liniowe, celuloza regenerowana, skrobia); niebiodegradowalne (polietylen PE, polipropylen PP, polistyren PS). Istnieje oczywiście wiele więcej kryteriów podziału dostępnych polimerów, należy jednak zauważyć, że w zastosowaniach przemysłowych same cząsteczki polimerowe nie są wystarczające. Większość tworzyw polimerowych składa się bowiem nie tylko z polimerów, ale także zawiera inne składniki organiczne lub nieorganiczne. Składniki te to dodatki, które mogą zapewnić nowe właściwości tworzyw polimerowych: tworzywo polimerowe = polimer + dodatki Zawartość dodatków w tworzywie polimerowym waha się od kilku (np. tworzywa polimerowe stosowane do pakowania żywności) do ponad 50%. W zastosowaniach technicznych i przemysłowych mieszaniny polimerów i dodatków nazywane są tworzywami polimerowymi. Do dodatków należą m.in.: plastyfikatory oleiste poprawiające właściwości plastyczne, wypełniacze poprawiające cechy użytkowe i obniżające koszty produkcji, stabilizatory hamujące niektóre reakcje chemiczne, w tym: dodatki zmniejszające palność, środki antystatyczne, barwniki, środki poślizgowe i wiele innych. Ogromny świat tworzyw polimerowych obejmuje różne polimery i dodatki, które można ze sobą łączyć. Dzięki temu mamy duże możliwości ich przekształcania i przetwarzania. Do podstawowych technik stosowanych w przetwórstwie tworzyw polimerowych należą: prasowanie, tłoczenie, przetłaczanie, formowanie płyt, walcowanie i kalandrowanie, odlewanie itp. 13

13 3. Tworzywa polimerowe 3.1. Podział tworzyw polimerowych Historia tworzyw polimerowych a zrównoważony rozwój Produkcję tworzyw polimerowych rozpoczęto pod koniec XIX i na początku XX wieku. Celuloid i celofan były pierwszymi takimi tworzywami wytwarzanymi na bazie surowców pochodzenia naturalnego biomasy. Po II wojnie światowej tworzywa polimerowe stały się bardzo popularne. Od lat 60. do 90. były wytwarzane głównie z surowców petrochemicznych. W latach 80. ich wytwarzanie przewyższyło produkcję stali. W latach 90. aspekty środowiskowe oraz kwestie związane ze zrównoważonym rozwojem stawały się coraz istotniejsze, zarówno w wymiarze społeczno-kulturowym, jak też politycznym. W rezultacie opracowano i wdrożono nowe technologie produkcji tworzyw m.in. ze źródeł odnawialnych oraz tworzyw biodegradowalnych. Poszukiwania nowych tworzyw i technologii ich wytwarzania są ściśle związane z: rozwojem wiedzy w dziedzinie ochrony środowiska naturalnego, w szczególności przy uwzględnieniu cyklu życia wyrobu jako systemu uwzględniającego wiele etapów, dla przykładu: etap produkcji, użytkowania, a także powstawania odpadów i obciążeń dla środowiska (nazywanych emisjami); udoskonalaniem metod oceny wpływu tworzyw polimerowych na środowisko, w szczególności z zastosowaniem metody LCA Life Cycle Assessment narzędzia oceniającego wyrób od kołyski do grobu; stosowaniem zasady zrównoważonego rozwoju, która w praktyce produkcyjnej i handlowej oznacza traktowanie aspektów ekologicznych na równi z aspektami społecznymi oraz ekonomicznymi. Tworzywa polimerowe wytwarzane według nowego podejścia i przy użyciu nowych technologii są nazywane biotworzywami. Termin ten wprowadzony został przez European Bioplastics Association a jego znaczenie przedstawiono w poniżej w ramce: Biotworzywa wg European Bioplastics Association Termin biotworzywa obejmuje całą rodzinę materiałów zarówno wytwarzanych na bazie źródeł odnawialnych (pochodzenia naturalnego), jak również materiałów biodegradowalnych. Materiały lub wyroby na bazie źródeł odnawialnych to te wytwarzane w całości lub części z biomasy roślinnej. Biomasa pochodzi z takich roślin jak: kukurydza, trzcina cukrowa czy celuloza. Termin biodegradowalny określa zdolność do ulegania procesowi chemicznemu, w trakcie którego mikroorganizmy przekształcają tworzywo polimerowe w substancje takie jak: woda, ditlenek węgla oraz kompost (w tym procesie nie potrzebne są żadne dodatki). Szybkość procesu biodegradacji zależy od warunków otaczającego środowiska (np. temperatury czy wilgotności). źródło: en.european-bioplastics.org 14

14 Aby lepiej zrozumieć wprowadzoną definicję, European Bioplastics Association stworzyło model ilustrujący poszczególne rodzaje tworzyw polimerowych. Model ten został przedstawiony na rys. 1. Wyprodukowane z surowców odnawialnych Biotworzywa Surowce odnawialne Biotworzywa Biodegradowalne i wyprodukowane z surowców odnawialnych e.g. Bio e.g. PLA, PHA, Niebiodegradowalne Biodegradowalne Klasyczne tworzywa polimerowe np. PE, PP, PET Biotworzywa np. PBAT, PBS, PCL Podział biotworzyw Prof. dr inż. H.-J. Endres, FH Hannover Surowce petrochemiczne Biodegradowalne Rys. 1. Podział tworzyw polimerowych wg European Bioplastics Association Model przedstawia cztery charakterystyczne grupy tworzyw polimerowych. Oś pozioma określa biodegradowalność tworzyw, a oś pionowa pochodzenie (surowce petrochemiczne lub surowce odnawialne). 1. Do pierwszej grupy należą tworzywa polimerowe pochodzące głównie ze źródeł petrochemicznych (tzw. klasyczne tworzywa sztuczne, które stanowią 90% światowej produkcji). 2. Do drugiej grupy należą biodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł odnawialnych. 3. Trzecią grupę stanowią biodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł kopalnych. 4. Czwarta grupa przedstawia niebiodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł odnawialnych. W przewodniku zostaną omówione wszystkie cztery grupy tworzyw polimerowych Klasyczne tworzywa polimerowe ze źródeł kopalnych Klasyczne (tradycyjne) tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł kopalnych (tzw. sztuczne) znajdują zastosowanie w wielu obszarach. Główną cechą wyrobów wykonanych z tych materiałów jest ich niewielka masa, która wynika z niskiej gęstości tworzyw polimerowych. Tworzywa te wykazują wyjątkowe właściwości termoizo- 15

15 lacyjne i elektroizolacyjne. Są też odporne na korozję. Wiele rodzajów tworzyw jest przezroczystych, co pozwala na ich stosowanie w urządzeniach optycznych. Tworzywa daję się formować w dowolne kształty oraz mieszać z innymi materiałami. Ich właściwości można z łatwością modyfikować poprzez zastosowanie różnych dodatków, np: wypełniaczy wzmacniających, barwników, środków spieniających czy plastyfikatorów. Ze względu na swoją uniwersalność klasyczne tworzywa polimerowe są stosowane niemal w każdej dziedzinie produkcji opakowań, budownictwie, transporcie, przemyśle elektrycznym i elektronicznym, rolnictwie, medycynie czy sporcie. Możliwości zastosowań tworzyw sztucznych są praktycznie nieograniczone, a ich właściwości mogą być dowolnie modyfikowane w zależności od potrzeb, dlatego też stanowią one praktycznie nieograniczone źródło innowacji w różnych sektorach przemysłu i wielu dziedzinach życia. Do wielkiej szóstki klasycznych tworzyw o największym udziale rynkowym (rys. 2.) należą: polietylen (PE); polipropylen (PP); polichlorek winylu (PVC); polistyren PS/spieniony polistyren (EPS); politereftalan etylenu (PET); poliuretan (PUR). 7,5% 11% 7% 19% 6,5% 47 milonów ton 20% 29% PE Inne PP PVC PS PUR PET Rys. 2. Udział rynkowy poszczególnych tworzyw w Europie źródło: Plastics The Facts 2012 Wyżej wymienione tworzywa stanowią łącznie ponad 80% udziału rynkowego w Europie. W czołówce znajdują się: polietylen (29% udziału rynkowego), polipropylen (19% udziału rynkowego) oraz polichlorek winylu (12% udziału rynkowego). Duże znaczenie w przemyśle mają również takie tworzywa jak: akrylonitryl/butadien/styren (ABS); poliwęglan (PC); 16

16 polimetakrylan metylu (PMMA); żywice epoksydowe (EP); żywice fenolowo-formaldehydowe (PF); politetrafluoroetylen (PTFE). W 2011 roku światowa produkcja klasycznych tworzyw polimerowych osiągnęła 280 milionów ton. Od lat 50. XX w. obserwuje się stały wzrost produkcji na poziomie 9% rocznie. W 2011 roku produkcja klasycznych tworzyw w Europie osiągnęła 58 milionów ton, co stanowi 21% produkcji światowej. Największym producentem są Chiny (23% światowej produkcji). Długoletnie prognozy przedstawiają 4-proc. wzrost konsumpcji per capita. Pomimo wysokiego wskaźnika wzrostu konsumpcji w Azji i nowych krajach członkowskich UE, zużycie na mieszkańca utrzymuje się tam na znacznie niższym poziomie niż w krajach bardziej rozwiniętych 4. Rysunki przedstawiają dane dotyczące rozwoju produkcji klasycznych tworzyw polimerowych. Rys. 3. obrazuje tempo wzrostu produkcji tworzyw w latach na świecie i w Europie. Przemysł klasycznych tworzyw rozwija się nieprzerwanie od 50 lat. Światowa produkcja wzrosła z 1,7 milionów ton w 1950 roku do 280 milionów ton w 2011 roku, w Europie natomiast z 0,35 do 58 milionów ton. Obecnie można zaobserwować przeniesienie produkcji do Azji , Świat Miliony ton ,35 19,8 27,4 56, Europa rok Rys. 3. Światowa produkcja klasycznych tworzyw polimerowych (tzw. sztucznych) w latach źródło: Plastics The Facts PLASTICS EUROPE The Facts 2012 [ aspx?docid=54693]. 17

17 Rys. 4. przedstawia zapotrzebowanie na klasyczne tworzywa polimerowe w krajach europejskich. Austria Belgia i Luksemburg Bułgaria Cypr / Malta Czechy Dania Estonia Finlandia Francja Niemcy Grecja Węgry Irlandia Włochy Łotwa Litwa Holandia Polska Portugalia Rumunia Słowacja Słowenia Hiszpania Szwecja Wielka Brytania Norwegia Szwajcaria tys. ton Rys. 4. Zapotrzebowanie na klasyczne tworzywa polimerowe w Europie z podziałem na państwa (tys. ton/rok) źródło: Plastics The Facts 2012 Rys. 5. przedstawia zużycie klasycznych tworzyw polimerowych w Europie w latach , które wzrosło z 46,4 milionów ton w 2012 roku do 47 milionów ton w 2011 roku. W 2010 roku największe zużycie zaobserwowano w sektorze opakowań (39% całkowitego zużycia), następnie w budownictwie (20,6%), w przemyśle motoryzacyjnym (7,5%) oraz w branży elektrycznej i elektronicznej (5,6%). Pozostałe sektory to: sport, rekreacja, rolnictwo, produkcja maszyn. W 2011 roku zaobserwowano nieznaczny wzrost zużycia klasycznych tworzyw do produkcji opakowań (z 39% do 39,4%) i w przemyśle motoryzacyjnym (z 7,5% do 8,3%) oraz spadek w budownictwie (z 20,6% do 20,5%) i przemyśle elektrycznym oraz elektronicznym (z 5,6% do 5,4%). Pozostałe branże, w których zaobserwowano zużycie tworzyw polimerowych, to: sport, bezpieczeństwo i higiena, rozrywka i czas wolny, rolnictwo, przemysł maszynowy, AGD oraz przemysł meblowy. 18

18 5,6% 7,5% Opakowania 5,4% 8,3% 20,6% 46,4 milony ton 39% Inne Budownictwo Motoryzacja 20,5% 39,4% 47 milonów ton 27,3% Branża elektryczna i elektroniczna 26,4% Rys. 5. Zużycie klasycznych tworzyw polimerowych w Europie z podziałem na branże w 2010 roku (po lewej stronie) i 2011 roku (po prawej stronie) źródło: Plastics The Facts 2012 Rys. 6. przedstawia zużycie tworzyw w zależności od rodzaju tworzywa i branży. Opakowania 39,4 % Budownictwo 20,5 % Motoryzacja 8,3 % Branża elektryczna i elektroniczna 5,4 % Inne 26,4 % PE-LD, PE-LLD PE-HD PP PS PS-E PVC ABS, SAN PMMA PA PET Inne tworzywa termoplastyczne PUR Rys. 6. Zużycie klasycznych tworzyw w 2010 roku w zależności od rodzaju tworzywa i branży źródło: Plastics The Facts 2012 Dodatkowe informacje na temat przemysłu klasycznych tworzyw polimerowych można znaleźć na stronie Plastics Europe Association [ 19

19 3.3. Biodegradowalne tworzywa polimerowe Poszukując definicji biodegradowalnych tworzyw polimerowych, można znaleźć wiele sprzecznych określeń. Najprościej mówiąc, pojęcie to oznacza, że biodegradowalne tworzywa polimerowe ulegają rozkładowi biologicznemu. Biodegradacja jest procesem opierającym się na fakcie, że mikroorganizmy obecne w środowisku, np. bakterie, grzyby i algi, traktują biodegradowalne tworzywa jako źródło składników odżywczych pożywienie i trawią je (w procesie tym NIE są potrzebne żadne dodatki). Proces biodegradacji składa się z równoczesnych lub następujących po sobie etapów abiotycznych i biotycznych oraz MUSI obejmować etap biologicznej mineralizacji. Proces biodegradacji rozpoczyna się od fragmentacji, a kończy na mineralizacji, czyli przemianie węgla organicznego w ditlenek węgla. Na rys. 7. zaprezentowano różnicę pomiędzy degradacją a biodegradacją. Jeśli proces rozkładu kończy się na etapie fragmentacji, to oznacza, że tworzywo uległo degradacji. Jeśli pojawia się etap kolejny, czyli mineralizacja, to oznacza, że tworzywo jest biodegradowalne. Fragmentacja Mineralizacja Rys. 7. Różnica pomiędzy degradacją i biodegradacją Jak przedstawiono na rys. 7., biodegradacja to całkowita asymilacja substancji powstałych w wyniku fragmentacji, stanowiących źródło pożywienia dla mikroorganizmów. Ściślej mówiąc, termin biodegradowalność nie przekazuje informacji na temat procesu, ale wskazuje na całkowitą przemianę węgla organicznego. Biorąc pod uwagę nieograniczone ramy czasowe, można stwierdzić, że wszystko jest biodegradowalne. Lepsze określenie to kompostowalność, oznaczająca biodegradację w warunkach kompostowania przebiegającą w ramach czasowych cyklu kompostowania. Proces biodegradacji może przebiegać zarówno w środowisku tlenowym, jak i beztlenowym. Końcowymi produktami biodegradacji w warunkach tlenowych są ditlenek węgla, woda oraz biomasa, a w warunkach beztlenowych metan, woda i biomasa. Uproszczony schemat procesów został przedstawiony na rys

20 ROZKŁAD TLENOWY DITLENEK WĘGLA WODA BIOMASA ROZKŁAD TLENOWY METAN WODA BIOMASA Rys. 8. Produkty procesu biodegradacji w warunkach tlenowych i beztlenowych Jednym z rodzajów biodegradacji jest proces kompostowania, będący metodą recyklingu organicznego przebiegającą w kontrolowanych tlenowych warunkach obróbki odpadów organicznych, prowadzącą do przetworzenia przez mikroorganizmy substancji organicznych. Kompostowalność oznacza całkowitą asymilację biodegradowalnych tworzyw polimerowych w warunkach kompostowania w ciągu 180 dni. Podczas przemysłowego kompostowania temperatura w komorze osiąga wartość do 70 C, a sam proces przebiega przy dużej wilgotności. Kompostowalne tworzywa polimerowe są zdefiniowane w normach krajowych i międzynarodowych, np. EN 13432, ASTM D6400 i inne. Więcej informacji na temat norm można znaleźć w rozdziale Systemy oceny wyrobów polimerowych pod kątem wybranych kryteriów. Biodegradowalność polimerów czy tworzyw polimerowych jest ściśle uzależniona od ich struktury chemicznej. Rodzaj surowców, z których otrzymuje się tworzywa biodegradowalne, nie jest istotny dla procesu biodegradacji. Polimery biodegradowalne mogą być otrzymywane z surowców odnawialnych lub kopalnych. 21

21 Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych Rozwój wiedzy w dziedzinie ochrony środowiska naturalnego, zrównoważonego rozwoju, a także wyczerpywanie źródeł kopalnych skłoniły naukowców do poszukiwań alternatywnych źródeł materiałów. Jednym z rozwijanych kierunków badań były prace nad opracowaniem technologii wytwarzania polimerów biodegradowalnych ze źródeł odnawialnych. Tworzywa te mogą stanowić zamiennik dla klasycznych tworzyw polimerowych uzyskiwanych z surowców petrochemicznych i charakteryzujących się podobnymi właściwościami. Produkcję na niewielką skalę biodegradowalnych tworzyw ze źródeł odnawialnych datuje się od roku Obecnie ich wykorzystanie i zastosowanie ma znacznie większy zakres. W 2009 roku światowa produkcja biodegradowalnych tworzyw polimerowych wynosiła 226 tysięcy ton. W 2011 roku zwiększyła się do 486 tysięcy ton 5 (podwojenie produkcji w ciągu dwóch lat). Główne rodzaje tworzyw biodegradowalnych produkowanych ze źródeł odnawialnych (w tym produkty chemicznej syntezy monomerów pochodzenia naturalnego, produkty wytworzone przez mikroorganizmy lub zmodyfikowane bakterie): poli(kwas mlekowy) (PLA); skrobia termoplastyczna (TPS) mieszanki skrobi z poliestrami alifatycznymi i kopoliestrami, estry skrobi, mieszanki skrobi z surowcami naturalnymi; poliestry pochodzenia mikrobiologicznego: polihydroksyalkaniany (PHA), w tym kopolimery kwasu masłowego, walerianowego i heksanowego, PHBV, PHBH; estry celulozy, celuloza regenerowana; drewno i inne materiały naturalne. Na rynku można znaleźć wiele biodegradowalnych tworzyw polimerowych. Tworzywa, na które warto zwrócić uwagę to: polilaktydy (PLA), kompozycje polimerowoskrobiowe, polihydroksyalkaniany (PHA), a także folie celulozowe nowej generacji. Charakteryzują się one właściwościami zbliżonymi do klasycznych tworzyw polimerowych, są atrakcyjne ze względu na rosnące zdolności produkcyjne oraz cenę. Rys. 9. przedstawia przykłady obecnych na rynku wyrobów z biodegradowalnych tworzyw polimerowych. Rys. 9. Przykłady wyrobów z biodegradowalnych tworzyw polimerowych źródło: European Bioplastics 5 Dane ze strony internetowej [ 22

22 Poli(kwas mlekowy) (PLA) PLA to poliester powstały w wyniku polikondensacji kwasu mlekowego, wytworzonego w procesie fermentacji skrobi kukurydzianej. PLA stosuje się do 6 : produkcji giętkich materiałów opakowaniowych (folie dwuosiowo orientowane, folie wielowarstwowe z warstwą zgrzewalną); wytłaczania folii sztywnych i termoformowania; formowania opakowań metodą wtrysku; laminowania papieru metodą wytłaczania. Kompozycje polimerowo-skrobiowe Znaczący rozwój obserwuje się w zakresie produkcji kompozycji polimerowo-skrobiowych. Są one stosowane do produkcji: folii giętkich i sztywnych do termoformowania, tacek, pojemników, spienionych materiałów wypełniających wolne przestrzenie w opakowaniach transportowych, sztywnych opakowań formowanych wtryskowo, a także powlekania papieru i tektury. Polihydroksyalkaniany (PHA) PHA stanowią dużą rodzinę kopolimerów, które w zależności od składu stanowią materiały sztywne lub miękkie. PHA można mieszać z innymi biodegradowalnymi tworzywami polimerowymi. Z PHA otrzymuje się folię kalandrowaną, a także wyroby formowane wtryskowo. Folie celulozowe nowej generacji Nowa generacja kompostowalnych folii celulozowych znajduje coraz więcej zastosowań. Do najważniejszych właściwości tych materiałów wykorzystywanych do produkcji opakowań należą: wyjątkowe właściwości optyczne; barierowość dla tlenu oraz aromatów; regulowana barierowość paroszczelna; odporność na temperaturę, tłuszcze, substancje chemiczne; naturalne właściwości antystatyczne Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców kopalnych Biodegradowalne tworzywa polimerowe można podzielić ze względu na pochodzenie: opisane w rozdz polimery otrzymywane ze źródeł odnawialnych i polimery uzyskiwane z zasobów kopalnych. Różnica pomiędzy tymi dwoma rodzajami tworzyw dotyczy tylko pochodzenia surowca, z jakiego są wykonane. Obie grupy należą do tworzyw biodegradowalnych, które można kompostować. Warto jednak zauważyć, że podział ze względu na pochodzenie jest tylko teoretyczny, gdyż wielu producentów stosuje mieszaniny polimerów pochodzących z odnawialnych i kopalnych źródeł. Przykładowe biodegradowalne polimery pochodzące ze źródeł kopalnych: 6 Widdecke H, Otten A.: Bio-Plastics Processing Parameter and Technical Characterisation. A Worldwide Overview, IFR, 2006/

23 syntetyczne poliestry alifatyczne polikaprolakton (PCL), poli(bursztynian butylenowy) (PBS); syntetyczne kopolimery alifatyczno-aromatyczne (AAC); polimery rozpuszczalne w wodzie poli(alkohol winylowy) (PVAL) Materiały oxodegradowalne Bardzo często jako biodegradowalne promuje się materiały oxodegradowalne. Wyroby z takich materiałów są ogólnodostępne na rynku i często mylnie oznaczane jako biodegradowalne i przyjazne środowisku. Podczas procesu produkcji wyrobów do klasycznych tworzyw polimerowych dodawane są specjalne dodatki (oxodegradowalne), które mają na celu przyspieszenie procesu degradacji polimeru. Wyroby te po pewnym czasie (kilkanaście lub kilkadziesiąt miesięcy) ulegają fragmentacji i rozpadają się na małe, czasami niewidoczne dla oka cząstki. Dzięki temu osiąga się pierwszy etap biodegradacji, ale, niestety, nie potwierdzono kolejnego etapu, który charakteryzuje tworzywa biodegradowalne, czyli etapu mineralizacji. Więcej informacji na temat oxodegradowalnych tworzyw polimerowych można znaleźć na następujących stronach internetowych: The Society of the Plastics Industry, Bioplastics Council artykuł dotyczący dodatków o właściwościach degradujących ( European Bioplastics artykuł dotyczący brytyjskich norm dla oxodegradowalnych tworzyw polimerowych ( European Bioplastics artykuł dotyczący oxodegradowalnych tworzyw polimerowych ( European Bioplastics artykuł dotyczący badań nad oceną cyklu życia toreb handlowych oxodegradowalnych, kompostowalnych i z klasycznych tworzyw polimerowych ( Porównanie materiałów kompostowalnych oraz oxodegradowalnych przedstawiono na rys. 10. Rys. 10. Porównanie materiałów kompostowalnych (przykład 1 i 2) oraz oxodegradowalnych (przykład 3 i 4) po 3 miesiącach rozkładu w warunkach laboratoryjnych. Należy zauważyć, że tworzywo oxodegradowalne nie uległo rozpadowi źródło: COBRO 24

24 3.4. Klasyczne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych W poprzednich rozdziałach omówiono biotworzywa polimerowe, które wykazują zdolność biodegradacji. Warto także zwrócić uwagę na drugą grupę biotworzyw, zyskującą coraz większą popularność, tj. niebiodegradowalne tworzywa polimerowe wytwarzane z surowców odnawialnych, które są odpowiednikami klasycznych tworzyw polimerowych ze źródeł kopalnych. Tworzywa te posiadają właściwości identyczne jak klasyczne tworzywa polimerowe otrzymywane ze źródeł kopalnych. Przykładem tego typu materiału jest tzw. zielony polietylen, który powstaje w wyniku reakcji polimeryzacji etylenu z etanolu otrzymanego w procesie fermentacji surowców roślinnych. Istnieje kilka rodzajów zielonego polietylenu, np. polietylen wysokiej gęstości (HDPE), polietylen niskiej gęstości (LDPE). Rys. 11. przedstawia proces wytwarzania zielonego polietylenu. CO 2 Fotosynteza Asymilacja ditlenku węgla przez rośliny Trzcina cukrowa sacharoza Recykling CH 3 CH 2OH Etanol powstały w wyniku fermentacji sacharozy CH 2 = CH 2 Odwodnienie etanolu do etylenu Odzysk energii Produkty z polietylenu [CH 2 CH 2 ] Zielony polietylen powstały w wyniku polimeryzacji etylenu Rys. 11. Proces produkcji zielonego polietylenu 7 Butelki PET zwane PlantBottle to kolejny przykład zastosowania materiałów otrzymywanych ze źródeł odnawialnych. Tworzywo, z którego powstają butelki, składa się z kwasu tereftalowego (70% masy) i z glikolu etylenowego (30% masy). Kwas tereftalowy jest produktem pochodzenia petrochemicznego, a glikol etylenowy powstaje z etanolu (otrzymanego w procesie fermentacji surowców roślinnych). Takie butelki łatwo poddają się procesowi recyklingu i mogą być zbierane razem z innymi (klasycznymi) butelkami PET. Tworzywo PET, pochodzące w części z surowców naturalnych, 7 Morschbacker A.: Biobased PE A Renewable Plastic Family, Braskem S.A., European Bioplastics Conference Handbook, p , Paris, November

25 pozwala ograniczyć zużycie światowych zasobów kopalnych oraz emisję ditlenku węgla. Na rys. 12. przedstawiono schemat procesu wytwarzania butelki PlantBottle. Klasyczny PET Kwas tereftalowy 70% Glikol etylenowy 30% Granulat PET Formowanie butelek Bio PET 30 Surowce roślinne Ethanol Kwas tereftalowy 70% Glikol etylenowy 30% Granulat PET Formowanie butelek Rys. 12. Proces produkcji dwóch rodzajów butelek PET: klasycznej oraz PlantBottle 8 Obecnie trwają próby wprowadzenia na rynek butelek PET w 100% wyprodukowanych z biomasy 9. Butelki Bio-PET będą produkowane z materiałów organicznych takich jak: trawa, kora i kukurydza, które nie są używane do produkcji żywności. W przyszłości planuje się także stosowanie rolniczych produktów ubocznych (takich jak obierki ziemniaków) i innych bioodpadów. Aby wyprodukować butelkę PET składającą się w 100% z biomasy, konieczne jest wytwarzanie kwasu tereftalowego ze źródeł odnawialnych (obecnie na rynku nie jest on dostępny). Alternatywę dla butelek PET stanowi tworzywo oparte w 100% na surowcach roślinnych PEF (ang. poly-ethylene-furanoate), posiadające takie samo zastosowanie jak PET, ale z jeszcze wyższą barierowością dla ditlenku węgla i tlenu, co doskonale sprawdzi się w branży opakowań żywności. Na skutek szybkiego rozwoju technologicznego w najbliższej przyszłości niektóre polimery pochodzenia petrochemicznego będzie można wytwarzać ze źródeł odnawialnych Zdolności produkcyjne biotworzyw W 2011 roku światowe zdolności wytwarzania biotworzyw polimerowych wyniosły 1,161 miliona ton. Liczba ta jest znacznie mniejsza od wartości światowych możliwości produkcji klasycznych tworzyw polimerowych (265 milionów ton), ale prognozy na 2016 rok wskazują, że wytwarzanie biotworzyw wzrośnie do 6 milionów ton rocznie. 8 Cees van Dongen, Dvorak R., Kosior E.: Design Guide for PET Botle Recyclability, UNESDA&E- FBW, Word s First 100% Plant-Bassed PET Bottle, Bioplastics Magazine No. 2/2011, p

26 Rys. 13. przedstawia dane dotyczące światowych zdolności wytwarzania biotworzyw metrycznych ton Biodegradowalne Prognoza Ze źródeł odnawialnych/niebiodegradowalne Całkowita wydajnośd Rys. 13. Zdolności produkcyjne biotworzyw oraz prognoza na 2016 rok źródło: European Bioplastics Rys. 14. przedstawia możliwości produkcyjne biotworzyw z podziałem na regiony w 2011 roku oraz z prognozę na 2016 rok. W 2011 roku największe zdolności produkcyjne posiadały Azja (34,6%), Ameryka Południowa (32,8%), Europa (18,5%) oraz Ameryka Północna (13,7%). Prognozuje się, że w 2016 roku zdolności produkcyjne zwiększą się do 46,3% dla Azji i 45,1% dla Ameryki Południowej oraz zmaleją do 4,9% dla Europy i 3,5% dla Ameryki Północnej. 27

27 18,5% 0,4% 13,7% ,6% Azja Ameryka Południowa Europa Ameryka Północna Australia 45,1% 0,20% 4,9% 3,5% ,3% 32,8% ton ton Rys. 14. Zdolności produkcyjne biotworzyw z podziałem na regiony w roku 2011 oraz prognoza na 2016 rok źródło: European Bioplastics Rys. 15. przedstawia zdolności produkcyjne biotworzyw z podziałem na rodzaj tworzywa. Rys. 16. obrazuje prognozę zdolności produkcyjnych biotworzyw z podziałem na rodzaj tworzywa na rok Najistotniejsza i najbardziej zauważalna różnica dotyczy przewidywanego wzrostu zużycia BIO-PET. Stowarzyszenie European Bioplastics oszacowało, że w 2016 roku ponad 80% rynku biotworzyw będzie się wiązać z produkcją BIO-PET. Ocena opiera się na informacjach pozyskanych od producentów napojów, którzy deklarują chęć zamiany butelek z klasycznego PET na ich odpowiedniki BIO (BIO-PET oraz PEF). 0,4 % Inne ze źródeł odnawialnych/ niebiodegradowalne 1,6 % Bio PA 17,2 % Bio PE 38,9 % Bio PET ton PLA 16,1 % Biodegradowalne mieszaniny z dodatkiem skrobi 11,3% Biodegradowalne poliestry 10% Regenerowana celuloza 2,4% Ze źródeł odnawialnych/ niebiodegradowalne 58,1 % PHA 1,6 % Inne tworzywa biodegradowalne 0,5% Biodegradowalne 41,9 % Rys. 15. Światowe zdolności produkcyjne biotworzyw z podziałem na rodzaj tworzywa źródło: European Bioplastics 28

28 1 % Inne ze źródeł odnawialnych/ niebiodegradowalne 1,2 % Bio PA 4,3 % Bio PE PLA 5,1 % Biodegradowalne mieszaniny z dodatkiem skrobi 2,5% Inne tworzywa biodegradowalne 0,6% ton PHA 2,5 % 80,1 % Bio PET Biodegradowalne poliestry 2,7% Ze źródeł odnawialnych/ niebiodegradowalne 86,6% Biodegradowalne 13,4 % Rys. 16. Prognoza światowych zdolności produkcyjnych biotworzyw z podziałem na rodzaj tworzywa na rok 2016 źródło: European Bioplastics 29

29 4. Wyroby zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju i kryteria oceny 4.1. Model oceny zrównoważonego rozwoju dla tworzyw polimerowych Unia Europejska definiuje zrównoważony rozwój jako taki, w którym obecne potrzeby zaspokaja się, mając na uwadze także potrzeby przyszłych pokoleń. Kwestię zrównoważonego rozwoju rozpatruje się w trzech aspektach: ekonomicznym, społecznym i środowiskowym, które w kontekście politycznym powinny być traktowane jako równorzędne. Strategia zrównoważonego rozwoju, przyjęta przez Komisję Europejską w 2001 roku, w 2005 roku została uzupełniona (między innymi) o nowy cel: integrację zasad ochrony środowiska z polityką Unii Europejskiej mającą wpływ na środowisko. Jeśli chodzi o działalność gospodarczą, definicja zrównoważonego rozwoju dotyczy szeroko pojętych aspektów ekonomicznych, środowiskowych, społecznych i ich wpływu na bieżącą działalność oraz długofalową strategię przedsiębiorstwa. W branży tworzyw polimerowych zrównoważony rozwój wiąże się z odpowiedzialnością za wprowadzenie na rynek nowych wyrobów z uwzględnieniem trzech wspomnianych aspektów. Oznacza to, że nowy wyrób należy oceniać poprzez jego wpływ na kwestie środowiskowe, społeczne i ekonomiczne. Ocena ta powinna być prowadzona w całym cyklu życia wyrobu (projektowanie, produkcja, użytkowanie, recykling). Rys. 17. przedstawia obszary zrównoważonego rozwoju. Akceptacja Sprawiedliwość ZRÓWNOWAŻONY ROZWÓJ Rentowność Rys. 17. Obszary zrównoważonego rozwoju źródło: Wikipedia 30

30 Zgodność z zasadą zrównoważonego powinna być oceniana na wszystkich etapach cyklu życia wyrobu: od procesu produkcji, przez łańcuch dostaw, pozyskiwanie surowców, metody przetwórstwa, pakowanie, dystrybucję, użytkowanie, po gospodarkę odpadami, włączając w to transport. Jednocześnie przedsiębiorstwa powinny dążyć do dorównania konkurencji lub pokonania jej poprzez ulepszanie funkcjonalności i jakości wyrobów, wypełnianie norm środowiskowych, a także lepsze gospodarowanie odpadami. W przypadku tworzyw zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju należy podkreślić, iż duża ich część spełnia wymogi środowiskowe, ekonomiczne i społeczne w wyższym stopniu niż materiały tradycyjne, jak szkło, metal czy nawet papier. Biotworzywa mogą być zatem postrzegane jako konkurencyjne w stosunku do klasycznych ropopochodnych tworzyw polimerowych, jeśli chodzi o zgodność z zasadą zrównoważonego rozwoju. Trudno ustalić jednakowe standardy i jednoznacznie określić, czym jest zrównoważony rozwój dla poszczególnych tworzyw polimerowych, ponieważ są one szeroko stosowane w różnych sektorach przemysłu. Z tego względu należy ustanowić pewne standardy podstawowe adekwatne do wszystkich wyrobów polimerowych, natomiast konkretnych grup użytkowych powinny dotyczyć standardy szczegółowe. Poniższe podpunkty przedstawiają koncepcję i różne kryteria oceny zrównoważonego rozwoju z uwzględnieniem trzech kluczowych aspektów: środowiska, społeczeństwa i ekonomii. Każde kryterium może być zastosowane do rozmaitych wyrobów z tworzyw polimerowych. Wybór jak największej liczby adekwatnych kryteriów jest istotny dla przeprowadzenia maksymalnie obiektywnej oceny Kryteria oceny aspektów środowiskowych Ocena cyklu życia (LCA) Metoda LCA służy do oceny oraz porównania wyrobów o podobnym zastosowaniu pod kątem wpływu na środowisko na poszczególnych etapach cyklu życia i obejmuje różne kryteria. LCA jest narzędziem, które może przedstawić pełny obraz wpływu określonego wyrobu na środowisko, począwszy od pozyskiwania surowców potrzebnych do wytworzenia materiału, a na fazie odzysku lub unieszkodliwiania odpadów kończąc. Potencjalny wpływ danego wtrobu na środowisko jest określony ilościowo w różnych kategoriach, np. zdrowie ludzkie, jakość ekosystemu i zużycie zasobów naturalnych. Dany wyrób może wpływać na środowisko poprzez czynniki rakotwórcze, emisję związków organicznych oraz nieorganicznych, zmianę klimatu, promieniowanie, zniszczenie warstwy ozonowej, ekotoksyczność, zakwaszenie/eutrofizację, wykorzystanie terenu, zużycie surowców naturalnych oraz paliw kopalnych. Rysunki 18. i 19. w prosty sposób obrazują czynniki brane pod uwagę w ocenie cyklu życia oraz przykład procesów i etapów cyklu życia przykładowego opakowania wraz z granicami oceny (granica systemu). 31