Biohajoavat muovit

Tavallisista valta muoveista poiketen biohajoavat muovit hajoavat luonnossa mikrobien entsymaattisen toiminnan avulla hiilidioksidiksi, vedeksi, epäorgaanisiksi yhdisteiksi ja biomassaksi. Parhaimmillaan muovit ovat kompostoituvia, jolloin ne hajoavat samaa tahtia muun biomateriaalin kanssa ilman, että muovista jää näkyviä jäämiä, sitä voidaan erottaa biomassasta tai siitä jää myrkyllisiä jäämiä. Biohajoavuus perustuu hydrolyysiin (katso kemiallinen kierrätys luku), joka pienentää polymeerit ketjut pieniksi molekyyleiksi, jotka mikrobit voivat hajottaa biomassaksi, vedeksi ja hiilidioksidiksi. Kaiken orgaanisen aineen, hajoavuus riippuu suuresti ympäristö-olosuhteista.

Biohajoavia muoveja voidaan valmistaa bio- tai öljypohjaisista raaka-aineista. Biopohjaiset muovit valmistetaan luonnosta saatavista raaka-aineista ja ovat tämän takia luonnostaan biohajoavia. Ne on myös samalla valmistettu uusiutuvista materiaaleista. Usein kaupallisesti käytössä olevat muovit valmistetaan bio- ja öljypohjaisten muovien sekoituksista, koska tällöin muoveihin saadaan biohajoavuutta ja tehokkaampia ominaisuuksia.

7434532888_3dc00fb315_k
Biohajaova tarjotin. Kuvan ottanut Doug Beckers, flickr.com, lisenssi cc 2.0.

Tällä hetkellä biohajoavilla muoveilla on omat markkinansa, jossa hajoavuus on selvästi hyödyksi. Niitä käytetään muun muassa lääketieteessä, maataloudessa ja muissa erityskohteissa.  Monet asiat, kuten rajallinen valmistuskapasiteetti, säilyvyys käyttökelpoisena ja valmistukseen tarvittava kallis teknologia tekevät biohajoavista muoveista perinteisiä muoveja rajoitetumpia. Tulevaisuudessa öljyn hinnan noustessa, teknologian kehittyessä ja ympäristöystävällisyyden tullessa esille vielä paremmin, voivat biohajoavat muovit tarjota nykysitä laajemmin kilpailukykyisen vaihtoehdon perinteisille muoveille.

Tällä hetkellä kaupallisesti käytössä olevia biohajoavia muoveja ovat polylaktidi (PLA), polyhydroksialkonaatit (PHA) sekä tärkkelys– ja selluloosajohdannaiset. Polylaktidi-polymeerit valmistetaan maitohaposta. PLA vastaa monilta ominaisuuksiltaan perinteisiä muoveja ja se on täysin kompostoituva. Sitä voidaan myös valmistaa samoilla menetelmillä kuin perinteisiä muoveja. Ainoa huomioon otettava asia on huolellinen kuivaus valmistuksen eri vaiheissa, sillä PLA hajoaa nopeasti kosteuden ja lämmön vaikutuksesta. Nämä ominaisuudet rajaavat PLA:n käyttökohteita. PLA valmistuksessa käytetty maitohappo valmistetaan yleensä teollisesti jalostetuilla bakteerikannoilla, jotka käyttävät ravintonaan glukoosia tai sakkaroosia.

PLA
PLA:n kemiallinen rakenne. Muokattu artikkelista Hagen. 10.12 – polylactic acid. In: Möller, ed. Polymer Science: A comprehensive reference. Amsterdam: Elsevier; 2012:231-236

PHA on polyhydroksialkonaateista valmistettu polyesteri. Näitä muoveja käytetään esimerkiksi kompostipusseissa, erilaisissa filmeissä ja kertakäyttöastioissa ja ne ovat täysin biohajoavia. PHA:t valmistetaan PLA:n tavoin bakteerien avulla. Polyhydroksibutyraatti (PHB) ja poly(3-hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksivaleraatti) (PHBV) ovat tunnetuimmat PHA:t.

 

PHA rakenne
PHA:n perusrakenne. Muokattu artikkelista Keshavarz & Roy. Polyhydroxyalkanoates: Bioplastics with a green agenda. Curr Opin Microbiol. 2010;13(3):321-326-
Tärkkelyspolymeeri
Tärkkelyksen rakenne. Muokattu artikkelista Glittenberg. 10.07 – starch-based biopolymers in paperm corrugating, and other industrial applications. In: Möller, ed. Polymer science: A comprehensive reference. Amsterdam: Elsevier ;2012:165-193.

Tärkkelys ja selluloosa ovat luonnonmateriaaleja, joista on onnistuttu johtamaan muoveja. Tärkkelys hajoaa luonnostaan hyvin nopeasti, jonka takia myös tärkkelyspolymeerit ovat nopeasti biohajoavia. Tämä aiheuttaa myös ongelmia tärkkelyspolymeereissä. Nopea hajoaminen tekee polymeereistä lyhytikäisiä ja niiden käyttöä kosteissa olosuhteissa tulisi välttää.

Tärkkelyspolymeerejä käytetään yleisesti perinteisten muovien kanssa seoksena ja näiden komposiittien biohajoavuus on suoraan verrannollinen tärkkelyksen osuuteen. Tärkkelysmolekyylien välillä on vetysidoksia, jotka estävät nykyisin käytössä olevat lämpökäsittelyyn perustuvat valmistusmenetelmät. Nämä polymeerit vaativatkin omat laitteistonsa ja tarkasti valitut lisäaineet.

Selluloosaa on puolestaan onnistuttu modifioimaan niin, että siitä on mahdollista valmistaa muoveja lämpökäsittelyllä. Puhdas selluloosa kärsii myös vetysidosten aiheuttamista käsittelyongelmista. Tunnetuin selluloosasta valmistettu muovi on selluloidi. Se on ensimmäisiä muoveja, joita on onnistuttu ikinä valmistamaan. Se valmistetaan nitroselluloosasta ja kamferista. Sillä korvattiin aikoinaan norsunluuta mm. biljardipalloissa. Maidon juustoaine kaseiini oli myös varhainen muovi josta tehtiin nappeja.

Markkinoilla myydään myös ns. okso-hajoavia muoveja, joiden sanotaan pilkkoutuvan kiihdytetysti valon ja hapen vaikutuksesta niihin lisättyjen katalyyttien ansiosta. Ilmiön toimivuudesta ja hyödyllisyydestä muovien yhteydessä käydään vielä paljon keskustelua.

 

Mainokset