พอลิเมอร์ที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพคืออะไร?

พอลิเมอร์ที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพคือวัสดุเทอร์โมพลาสติกที่มีความสามารถในการย่อยสลายได้อย่างสมบูรณ์ภายใต้สภาวะการทำปุ๋ยหมักในอุตสาหกรรม โดยเปลี่ยนเป็น CO₂ น้ำ เกลือแร่ และชีวมวลภายใน 90 วัน
ความสามารถในการย่อยสลายได้ทางชีวภาพได้รับการควบคุมโดยมาตรฐานยุโรป EN 13432 ซึ่งกำหนดเกณฑ์ในการพิจารณาว่าวัสดุใดสามารถทำปุ๋ยหมักได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ลักษณะทางเคมีหลักของพอลิเมอร์เหล่านี้คือการมีพันธะซึ่งจุลินทรีย์และเชื้อราสามารถโจมตีได้ง่าย ซึ่งจะกระตุ้นกระบวนการไฮโดรไลซิสและการสร้างแร่ธาตุตามมา

ในบรรดาวัสดุที่ใช้มากที่สุดที่เราพบ:

• PLA (กรดโพลีแล็กติก): ได้มาจากการหมักน้ำตาลจากพืช โดยเฉพาะแป้งข้าวโพด
• PBAT (โพลีบิวทิลีนอะดิเพต-โคเทเรฟทาเลต): โคพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่พัฒนาขึ้นเพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่นและความสามารถในการแปรรูปของ PLA
• PCL (โพลีคาโปรแลกโทน) และ TPS (เทอร์โมพลาสติกสตาร์ช): ทางเลือกอื่น ๆ นำมาใช้เป็นส่วนผสมสำหรับการใช้งานเฉพาะ

แหล่งกำเนิดพืชและกระบวนการผลิต

ฐานที่ใช้ในการผลิตพอลิเมอร์เหล่านี้มากที่สุดคือแป้งข้าวโพด แต่ยังมีการนำหัวบีท อ้อย มันฝรั่ง และเซลลูโลสมาใช้ด้วย
กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยการหมักน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวโดยแบคทีเรียสายพันธุ์เฉพาะ (เช่น แลคโตบาซิลลัส) ซึ่งผลิตกรดแลคติก จากนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันผ่านปฏิกิริยาเคมีแบบควบคุม ทำให้เกิด PLA ซึ่งเป็นเรซินเทอร์โมพลาสติกใสและใช้งานได้หลากหลาย

ในทางกลับกัน PBAT เป็นผลจากการควบแน่นของกรดเทเรฟทาลิก กรดอะดิปิก และ 1,4-บิวทาเนไดออล ซึ่งทำให้มีความยืดหยุ่นและสามารถทำปุ๋ยหมักได้เมื่อรวมกับ PLA

วงจรทั้งหมดมีผลกระทบต่ำ ไม่เกี่ยวข้องกับการใช้สารอนุพันธ์ของปิโตรเลียม และสามารถดำเนินการให้เสร็จสมบูรณ์ได้ในโรงงานอุตสาหกรรมเฉพาะทาง ซึ่งอุณหภูมิ ความชื้น และออกซิเจนจะเร่งการสลายตัวโดยไม่ทิ้งไมโครพลาสติกไว้

ต้นกำเนิดและการพัฒนาของไบโอโพลิเมอร์

สิทธิบัตรฉบับแรกสำหรับวัสดุพลาสติกที่ได้จากแหล่งธรรมชาติย้อนกลับไปถึงผลงานของนักเคมีชาวฝรั่งเศส Maurice Lemoigne ในปีพ.ศ. 1926 ซึ่งแยก PHB (โพลีไฮดรอกซีบิวไทเรต) ออกจากแบคทีเรียในดิน
แต่ความก้าวหน้าทางอุตสาหกรรมที่แท้จริงเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 90 โดย Cargill และ NatureWorks ที่พัฒนาและนำ PLA ออกสู่เชิงพาณิชย์ในระดับใหญ่
ต่อมา บริษัทต่างๆ เช่น BASF และ Novamont (อิตาลี) ได้ปรับปรุงการผลิต PBAT และส่วนผสมด้วย TPS ให้สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น ซึ่งช่วยปูทางไปสู่การใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคบรรจุภัณฑ์ เกษตรกรรม และบริการด้านอาหาร

ปัจจุบัน การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปเพื่อหาส่วนผสมใหม่ที่มีความทนทานมากขึ้น วัสดุที่สามารถทำปุ๋ยหมักได้แม้ในอุณหภูมิต่ำ และได้รับการรับรองว่าสามารถทำปุ๋ยหมักได้ที่บ้าน โดยได้รับความช่วยเหลือจากมหาวิทยาลัย สตาร์ทอัพด้านเทคโนโลยีชีวภาพ และศูนย์นวัตกรรม

ประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมและอุตสาหกรรม

ข้อได้เปรียบที่เห็นได้ชัดที่สุดคือความเป็นไปได้ในการบูรณาการวัสดุกลับเข้าสู่วัฏจักรธรรมชาติโดยไม่ทิ้งสารมลพิษที่คงอยู่

ต่างจากพอลิเมอร์จากฟอสซิล (เช่น PE, PET และ PP) พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้จะย่อยสลายอย่างรวดเร็วโดยไม่ก่อให้เกิดไมโครพลาสติกหรือรบกวนวงจรชีวภาพ การผลิตพอลิเมอร์เหล่านี้ช่วยลดปริมาณคาร์บอนฟุตพริ้นท์ได้อย่างมาก ใช้วัตถุดิบหมุนเวียน และไม่ต้องพึ่งพาน้ำมัน จึงมีส่วนช่วยสร้างความมั่นคงด้านพลังงานของยุโรป

ในแง่ของอุตสาหกรรม วัสดุเหล่านี้สามารถพิมพ์ได้ ปิดผนึกด้วยความร้อน ใช้งานได้กับสายการบรรจุภัณฑ์ที่มีอยู่ และสามารถใช้ในอาหารและการใช้งานที่ไม่ใช่อาหารได้หากได้รับการรับรองที่เหมาะสม

ผลกระทบต่อห่วงโซ่การผลิต

การนำวัสดุที่ย่อยสลายได้มาใช้บังคับให้บริษัทต่างๆ ต้องคิดทบทวนทุกขั้นตอนของกระบวนการใหม่ ตั้งแต่การออกแบบบรรจุภัณฑ์ การจัดการขยะ ไปจนถึงการสื่อสารกับลูกค้าปลายทาง
แต่ยังเป็นเครื่องยนต์แห่งนวัตกรรมอันทรงพลังอีกด้วย
สำหรับแบรนด์ต่างๆ การนำบรรจุภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้มาใช้หมายถึงการคาดการณ์กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม การสร้างความแตกต่างให้กับแบรนด์ในตลาด และการสร้างมูลค่าชื่อเสียงที่แท้จริง
สำหรับซัพพลายเออร์อย่าง LPM PACKAGING นั่นหมายถึงการนำเสนอวัสดุที่ทั้งมีจริยธรรมและประสิทธิภาพสูง ซึ่งสามารถผสานเข้ากับสายการผลิตอัตโนมัติได้อย่างราบรื่น และตรงตามมาตรฐานสากลใหม่ๆ

ตารางเปรียบเทียบแสดงความแตกต่างด้านความต้องการพลังงานและผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศระหว่าง PLA (พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้) และโพลีเอทิลีนทั่วไป PLA ใช้พลังงานน้อยกว่าและปล่อย CO₂ น้อยกว่าต่อวัสดุ 1 กิโลกรัม