바이오플라스틱은 전분과 같은 천연 물질을 기반으로 미생물이 생산한 플라스틱을 말합니다. 재생 가능하므로 환경 친화적입니다. 많은 국가에서 관련 연구가 수행되었습니다.
전망
보고서는 글로벌 바이오플라스틱 시장이 빠르게 성장할 것이며, 8년 10억 달러에서 1년 2007억 달러로 증가하여 연평균 10-2020%의 성장률을 기록할 것이라고 지적합니다. 자동차 및 전자 산업의 새로운 응용 분야가 바이오플라스틱 수요 증가를 견인할 것이지만, 포장이 여전히 시장을 지배할 것이며, 그 점유율은 65년 2007%에서 40년 2025%로 감소할 것으로 예상됩니다. 2025년까지 아시아는 바이오플라스틱 시장에서 약 32%를 차지하여 시장을 선도할 것이고, 그 뒤를 유럽이 31%, 미국이 28%를 차지할 것입니다. 아시아는 주로 유전자 변형 식물의 빠른 개발에 따라 시장에서 선도적인 위치를 차지할 것입니다. 2007년에 바이오플라스틱은 플라스틱 시장의 약 10%-15%를 차지했으며, 25년까지 30%-2020%에 도달할 것으로 예상됩니다. 주로 바이오플라스틱의 기술적 성능 향상으로 인해 기술 혁신은 자동차, 의료 및 전자 산업에서 응용 분야를 확대할 것입니다.
바이오플라스틱은 환경 친화적일 뿐만 아니라 인체에 적응할 수 있습니다. 신체에 흡수될 수 있는 수술 후 봉합사와 같은 의료 제품 생산에 사용될 것으로 예상됩니다.
일본 정부는 바이오플라스틱과 같은 재생 가능 자원의 사용을 촉진하기 위해 "바이오테크놀로지 전략 개요"와 "바이오매스 일본 종합 전략"을 발표했으며, 바이오플라스틱의 사용 확대가 중요한 문제라고 언급했습니다. "바이오테크놀로지 전략 개요"에 설정된 정책 목표는 2010년까지 플라스틱의 20%를 재생 가능 자원으로 만드는 것입니다.
정책
1. 미국 농무부는 2004년부터 조달 프로그램을 시행하여 바이오플라스틱 생산을 장려해 왔으며, 2010년부터는 소비자가 바이오매스 함량을 적극적으로 소비하도록 장려하기 위해 BioPreferred 프로그램을 시행할 계획입니다. 높은 생물학적 제품.
2. 유럽의 벨기에는 바이오플라스틱 제품의 바이오 기반 함량을 표시하고 소비자가 녹색 및 환경 친화적인 바이오플라스틱을 소비하도록 장려하기 위해 OKbiobased 라벨을 출시했습니다.
3. 중국의 생물 기반 소재 개발 기간이 짧아 많은 제품에 아직 표준과 시험 방법이 없으며, 외국 표준과 시험 평가 시스템이 비교적 일찍 수립되었습니다. 따라서 생물 기반 함량, 생분해 성능 등 측면에서 중국의 제품은 수출에 종종 장벽에 부딪힙니다. 중국의 생분해성 플라스틱 산업은 아직 초기 단계에 있으며, 기업이 즉시 수익을 창출하기는 여전히 어렵습니다. 시장과 소비자의 수용에도 일정한 과정이 필요합니다. 그러나 환경 보호 사업은 여전히 정부가 비용을 부담해야 합니다.
일반 플라스틱
TV 스탠드부터 컴퓨터 프레임, 작은 장식품, 주방 쓰레기봉투까지 바이오플라스틱은 어디에서나 찾아볼 수 있습니다.
자기 파괴적
화학 플라스틱 제품은 인간에게 다양한 편의를 제공하는 동시에 상상할 수 없는 문제점도 야기합니다. 일부 폐플라스틱은 자연적으로 분해되지 않기 때문에 소각 시 유해 가스가 발생하여 생태계를 오염시키고, 이러한 오염을 통제하기 어렵습니다. 따라서 여러 나라의 과학자들은 이러한 문제를 해결하기 위해 스스로 분해되는 자분해성 플라스틱 개발에 착수했습니다. 일각에서는 이를 "친환경 플라스틱"이라고 부릅니다. 많은 국가의 기업들이 자체적인 생분해성 플라스틱을 출시하고 있습니다. 미국 미시간 대학교의 생물학자들은 생분해성 플라스틱을 "재배"하는 아이디어를 처음으로 제안했습니다. 그들은 감자와 옥수수를 원료로 사용하여 유전자를 삽입함으로써 인공적으로 재배하여 유해 성분이 없는 생분해성 플라스틱을 생산합니다. 미국의 임페리얼 케미컬 인더스트리(Imperial Chemical Industries)는 박테리아를 이용하여 당과 유기산으로부터 생분해성 플라스틱을 제조합니다. 이 방법은 에탄올 생산에 사용되는 발효 공정과 유사하지만, 사용되는 박테리아가 알칼리게네스(Alcaligenes)라는 점이 다릅니다. 이 박테리아는 원료를 PHBV라는 플라스틱으로 전환합니다. 박테리아는 마치 사람이 지방을 축적하는 것처럼 이 플라스틱을 에너지 저장 수단으로 축적합니다. 박테리아가 체중의 80%에 해당하는 PHBV를 축적하면, 증기를 이용하여 세포를 파괴하고 플라스틱을 회수합니다. PHBV는 폴리프로필렌 과 유사한 특성을 가지고 있으며 , 폐기 후 습한 환경에서도 안정적입니다. 하지만 미생물이 존재할 경우 이산화탄소와 물로 분해됩니다.
독일 괴팅겐 대학의 미생물학자들은 식물 세포 내에서 폴리에스터를 생산하는 박테리아의 특정 유전자를 분리했습니다. 이 유형의 폴리에스터는 식물성 생화학적 플라스틱을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이 유형의 플라스틱은 박테리아의 작용으로 물과 이산화탄소로 분해되므로 이 플라스틱 폐기물은 식물 비료로 사용하여 자연으로 돌려보낼 수 있습니다. 일본 산업기술 연구소의 과학자들은 대두 짚과 같은 농업 및 임업 작물 찌꺼기를 사용하여 생분해성 농업 필름을 만들었습니다. 다른 과학자들은 플라스틱에 전분 물질을 첨가하여 전분을 먹는 박테리아가 플라스틱을 먹어서 천천히 사라지도록 실험하고 있습니다.
생분해성 플라스틱은 광범위한 의료적 용도가 있습니다. 골절 수술 시 뼈 사이의 지지대 역할을 합니다. 뼈가 치유되면서 점차 저절로 분해됩니다. 부러진 골절을 치료하기 위해 의사는 일반적으로 스테인리스 스틸로 만든 너트와 나사를 사용합니다. 부러진 뼈를 고치기 위해 부목과 드릴을 사용했습니다. 이 방법의 단점은 스테인리스 스틸 재료를 이식하는 수술과 제거하는 수술이 두 번 필요하다는 것입니다. 네덜란드 과학자들은 약 2년 동안 신체에 이식한 후 이산화탄소와 물로 분해되는 플라스틱을 발명했습니다. 상처를 봉합하기 위해 전통적인 의료 수술용 실을 대체할 수 있는 실 모양의 생분해성 플라스틱도 있습니다. 이러한 종류의 플라스틱 수술용 실은 신체에 점차 흡수되어 봉합사를 제거하는 번거로움을 없앨 수 있습니다. 또한 생분해성 플라스틱으로 만든 약용 캡슐은 신체에서 천천히 용해되어 약물이 혈관으로 들어가는 속도를 제어할 수 있습니다.
강한 내구성
영국은 '컴바인(Combine)'이라는 연구 프로젝트를 통해 내구성이 뛰어난 플라스틱을 개발했습니다. 이 플라스틱은 강하고 가벼울 뿐만 아니라 환경 친화적이며 자동차 문, 선박 선체, 아기 인큐베이터 등 다양한 제품에 사용될 수 있습니다. 일반 플라스틱의 반감기는 수천 년에 달합니다. 이 프로젝트에서 연구된 플라스틱 원료 는 식물에서 추출한 것으로, 반감기가 짧고 인체에 무해한 합성 플라스틱입니다. 또한 재생 가능한 자원을 구조 재료 및 제품 제조에 사용하는 것은 이번이 처음입니다. 혁신적인 조합을 통해 컴바인 프로그램은 천연 섬유와 바이오 플라스틱을 혁신적으로 결합하여 구조 부품으로 사용할 수 있는 고성능 바이오 기반 복합재를 개발하는 것을 목표로 합니다. 현재 사용 가능한 천연 섬유는 충진 성형 스테이플 섬유와 압축 성형 매트 섬유뿐인데, 이 두 가지 모두 구조 부품을 만들기에 충분한 강도와 강성을 제공하지 못합니다. 천연 섬유사는 종종 꼬여 있어 점착성이 강한 열가소성 수지를 주입하기 어렵습니다. 이 계획에서는 대마와 아마 섬유를 가공하여 연속 섬유로 방사한 후 고성능 직물로 직조합니다. 이 직물을 폴리락트산과 같은 자가 분해성 바이오플라스틱과 결합한 다음 진공 백킹 및 압축 성형을 통해 다양한 부품으로 만듭니다 . 마지막으로 섬유와 수지 사이의 결합력을 강화하기 위해 표면 처리가 필요합니다. 재료 조합 및 가공 기술은 여전히 개선이 필요하며, 향후 환경 분해, 혼합성 및 재활용성 등의 요소도 고려해야 합니다.
고온내성형
상하이에서 개발된 새로운 유형의 바이오플라스틱입니다. 내열성이 크게 향상되어 열 변형 온도가 100°C를 넘습니다. 일회용 식기, 일회용 의료용품 및 기타 일회용 가전제품, 전자 기기 및 기타 제품의 포장, 농업용 필름, 살충제 및 비료 완방 방출 물질 등 농업 분야에서 널리 사용될 수 있습니다.
이 새로운 바이오플라스틱, 생분해성 폴리에스터는 독창적인 생산 공정과 촉매를 사용합니다. 국가 플라스틱 제품 품질 감독 및 검사 센터에서 테스트한 결과, 62.1일 후 분해율이 94%에 도달하여 국가 표준의 생분해성 플라스틱 정의를 충족했습니다. 이 바이오플라스틱은 전분 및 기타 생물학적 원료와 일정 비율로 혼합하여 다양한 공급품을 만들 수 있습니다. 이러한 공급품이 폐기된 후 토양의 미생물에 "먹이"가 되어 무해한 분해를 달성합니다.
바이오매스 플라스틱
매사추세츠 애머스트 대학교의 폴 J. 다우엔하우어 교수가 이끄는 연구팀이 바이오매스 플라스틱 생산을 위한 새로운 방법을 발견했습니다. 이 방법은 비용이 저렴하고 대부분의 바이오매스를 원료로 사용하여 75%의 높은 수율을 달성할 수 있습니다. 연구 결과는 미국 화학 학회(ACS)의 "ACS Catalysis" 저널에 발표되었습니다. 파라자일렌은 PET( 폴리에틸렌 테레프탈레이트 ) 플라스틱의 원료로, 탄산음료 병, 식품 포장재, 합성 섬유 의류, 자동차 부품 등 다양한 제품에 사용됩니다. 기존 플라스틱 산업에서는 파라자일렌 생산에 석유를 원료로 사용해 왔지만, 이번 새로운 방법은 바이오매스로부터 재생 가능한 방식으로 파라자일렌을 생산하고, 이를 재활용 인증 마크 "1#"이 부착된 플라스틱 제품을 만들 수 있습니다. 이 방법은 분자체를 촉매로 사용하여 고온 생물반응기에서 3단계 반응을 통해 포도당을 파라자일렌으로 전환합니다. 촉매의 나노구조가 생물학적 반응 효과에 큰 영향을 미치기 때문에, 특별히 설계된 이 촉매가 성공의 핵심입니다. 이 방법은 파라자일렌 반응을 촉진하고 수율을 높이기 위해 일련의 최적화 및 개선 과정을 거쳤습니다. 이는 기존의 재생 가능한 파라자일렌 생산 방식들이 비용이 많이 들거나(예: 발효) 반응 효율이 낮고 수율이 저조했던 점을 고려할 때 매우 중요한 성과입니다. 향후 이 방법을 더욱 최적화하여 파라자일렌 수율을 높이고 비용을 절감할 수 있을 것입니다. 이번 발견은 리그노셀룰로스 바이오매스로부터 바이오연료 및 화학물질을 생산하는 혁신에너지촉매센터(CCEI)의 연구에 있어 획기적인 진전입니다.
장점
1. 바이오플라스틱은 플라스틱 생산에 사용되는 석유 소비를 줄일 수 있습니다.
2. 생분해성 플라스틱은 미국에서 플라스틱 재활용의 느린 진전을 촉진할 수 있습니다. 미국 환경 보호국에 따르면, 6년에 미국에서 재활용된 플라스틱은 약 2005%에 불과했습니다.
3. 바이오플라스틱은 폴리염화비닐 이나 프탈레이트 와 같은 독성 물질을 함유하지 않습니다 . 이러한 독성 물질이 건강에 미치는 영향은 널리 알려져 있으며, 일부 국가 및 지역에서는 장난감과 유아용품에 프탈레이트 첨가를 금지하고 있습니다.
4. 생분해성 플라스틱은 순수 식물에서 추출한 원료를 사용하여 개발됩니다. 식물에는 녹말과 단백질이 풍부하게 함유되어 있는데, 이는 생분해성 플라스틱의 주성분인 아크릴산 과 폴리락트산의 주요 공급원입니다. 식물에서 추출한 아크릴산과 폴리락트산은 다양한 공정을 거쳐 가공됩니다. 생분해성 플라스틱 소재의 생산은 환경 오염과 환경 파괴를 크게 줄여줍니다. 이는 기존 플라스틱이 따라올 수 없는 장점입니다.
내용의 결정
기술적 문제로 인해 대부분의 바이오플라스틱 제품은 바이오플라스틱과 합성 플라스틱의 하이브리드 제품입니다. 바이오 함량이 더 많을수록 환경 친화적인 바이오 구성 요소가 더 많아지므로 소비자 바이오플라스틱 제품을 차별화하는 것이 더욱 중요해집니다. USDA는 생물학적 성분이 더 많은 제품을 적은 제품보다 더 높은 순위로 매깁니다. 벨기에는 생물학적 제품에 별점 분류를 채택합니다. 바이오 기반 성분이 20-30%인 제품은 별 30개, 40-XNUMX%인 제품은 별 XNUMX개로 평가됩니다.
이러한 정책은 생물탄소 함량을 기준으로 정의되며, 생물탄소 함량의 백분율과 총 탄소 함량으로 평가됩니다. ASTM D6866은 American Society for Testing and Materials에서 테스트 샘플의 총 생물탄소 및 화석 탄소 함량의 정확한 백분율을 정량화하기 위해 개발한 테스트 방법입니다.
다양한 국가에 대한 연구
러시아
사람들의 환경 보호에 대한 인식이 높아짐에 따라 바이오플라스틱에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 바이오플라스틱은 석유 제품을 필요로 하지 않으며 사용 후 자체 분해됩니다. 폴리락트산은 바이오패키징 재료를 제조하는 원료입니다. 바이오플라스틱은 석유 제품으로 만든 일반 폴리머보다 1~3배 더 비쌉니다. 바이오플라스틱 포장은 산소, 수증기 및 자외선의 침투를 효과적으로 억제할 수 있으며 내열성이 있습니다. 바이오플라스틱 제품의 비용이 높음에도 불구하고 바이오패키징 플라스틱에 대한 수요는 여전히 빠르게 증가하고 있습니다.
독일
Biop 제조업체는 브란덴부르크에 유럽 최초의 공장을 건설하여 감자 전분에서 바이오플라스틱을 생산할 계획이며, 연간 생산 용량은 약 35,000톤입니다. 미국 회사 Natureworks는 연간 150,000톤 이상의 옥수수 플라스틱을 생산합니다.
벨기에
많은 상점에서는 과일, 채소, 페이스트리를 포장하는 데 바이오플라스틱을 사용합니다.
France
2010년부터 프랑스에서는 슈퍼마켓에서 생분해성 종이봉투만 사용하도록 허용할 예정이다.
USA
생분해성 플라스틱은 미국에서 주류 시장에 진입했습니다. 생분해성 플라스틱의 비용은 여전히 기존 플라스틱보다 10% 이상 높지만 제조업체는 주로 소비자의 환경 의식 향상과 환경 규정 개정으로 인해 수요가 증가하고 있음을 알게 되었습니다. 또한 생분해성 플라스틱 제품의 강도가 증가하면서 기존 플라스틱의 위험을 잘 알고 있는 위생 작업자와 애완동물 주인에게 좋은 소식이 전해졌습니다.
China
네덜란드 DSM은 중국 톈진에 Tianjin Guoyun Biomaterials Co., Ltd.를 설립하기 위해 20만 달러를 투자했습니다. 주로 톈진 경제기술개발구에 중국 최대의 폴리하이드록시알킬 에스테르(PHA) 폴리머를 건설하기 위한 것입니다. PHA는 자동차, 생물의학 및 전자, 섬유, 필름 및 폼을 포함한 광범위한 응용 분야를 가진 새로운 재생 폴리머입니다.
문제에 직면하다
1. 가격 문제. 바이오플라스틱은 현재 일반 플라스틱보다 XNUMX~XNUMX배 더 비싸서 이 유형의 소재의 급속한 인기를 방해하고 있습니다. 일부 일본 기업은 주로 회사의 환경적 이미지를 확립하기 위해 제품에 바이오플라스틱을 사용합니다. 그러나 바이오플라스틱이 대량 생산 단계에 진입하면 비용을 크게 줄일 수 있습니다.
2. 바이오플라스틱은 바이오연료와 마찬가지로 사람과 식량을 놓고 경쟁할 수 있습니다. 바이오연료는 옥수수, 밀 및 기타 식량 작물에서 나오기 때문에 세계 식량 가격이 상승할 것입니다. 옥수수 및 기타 원료를 기반으로 한 바이오플라스틱도 같은 문제를 일으킬 수 있습니다. 일본, 미국 및 기타 국가의 과학자들은 폐목재, 야생 풀 등을 사용하여 바이오플라스틱을 만들기 시작했습니다.
3. 바이오플라스틱 공급은 여전히 제한적입니다. 제품 가격은 어느 정도 석유 가격에 의해 좌우됩니다.
4. 바이오플라스틱의 수명 종료 관리 문제. 초점은 PLA 병에 의한 재생 스트림 오염 문제에 맞춰져 있습니다. 현재 PLA 수준은 아직 심각한 오염 위협을 초래하지 않지만, 많은 수의 PLA 병은 PET 병의 재활용 경제에 해로울 것입니다.
5. 바이오플라스틱에 대한 통일된 표시 방법이 부족합니다.
6. 바이오플라스틱에 대한 소비자의 인식은 증가하고 있지만, 대부분의 소비자는 바이오소재 대 생분해성 소재, 재생 소재 대 재활용 소재와 같은 이러한 소재를 식별하는 방법과 다양한 속성을 평가하는 방법을 모릅니다. 따라서 관련 용어의 정의를 정확하게 설명하는 것과 같이 소비자에게 홍보를 강화하는 것이 중요합니다. 또한 소비자는 생분해성 소재의 최상의 폐기 경로에 대한 이해가 거의 없습니다. 바이오플라스틱 산업이 일부 소비자의 불신을 극복하기 위해 마케팅을 강화하는 것도 중요합니다.
7. 지구 온난화 문제. 바이오플라스틱은 다양한 정도로 생분해될 수 있어, 세계가 더 이상 석유에 의존해 플라스틱을 생산하지 않는 길을 제시합니다. 하지만 제조업체의 "녹색 주장"은 복잡하고 환경론자들은 이에 대해 우려를 표합니다. 바이오플라스틱을 생산하면 이산화탄소가 발생하여 지구 온난화에 기여합니다.
8. 유전자 변형 재료의 안전성에 대한 의심. 바이오플라스틱의 원료는 옥수수, 스위치그래스, 사탕수수, 심지어 고구마와 같은 작물로, 재배에 땅과 물이 필요합니다. 발효를 촉진하기 위해 제조업체는 종종 유전자 변형 생물을 사용하며, 이 플라스틱을 재활용하는 데는 몇 가지 단점이 있습니다.
