Z hlediska biodegradovatelnosti je nutné rozlišit čtyři základní skupiny plastů: nebiodegradovatelné z petrochemických surovin, biodegradovatelné z petrochemických surovin, nebiodegradovatelné z obnovitelných surovin a biodegradovatelné z obnovitelných surovin. V užším smyslu se jako o biodegradabilních plastech mluví pouze o bioplastech z posledně uvedené skupiny.
Velkou skupinou jsou rovněž plasty kombinující petrochemické a obnovitelné suroviny - zejména právě pro dosažení určitého stupně biodegradovatelnosti, ale také například z důvodů cenových. A když už mluvíme o materiálových kombinacích, velmi časté je použití bioplastů a biodegradabilních plastů k potahování obalových papírů, zejména pro potravinářské užití. Další perspektivní oblastí jsou také fixáže do obalů jak transportních, tak spotřebitelských.
Pokud jde o nebiodegradovatelné bioplasty, vyrábí se například tradiční termoplast polyetylenu Bio-PE z etanolu z cukrové třtiny. Nebiodegradovatelné jsou i další termoplasty z obnovitelných surovin: polyamidy Bio-PA a polyuretany Bio-PUR. Tedy přesněji řečeno: mohou dosáhnout stejného stupně biodegradovatelnosti jako některé syntetické plasty, jako jsou polyolefiny, pokud jsou vyrobeny s příměsí škrobu, rozpadají se časem na menší části. Stále se ovšem diskutuje o škodlivosti takto vzniklých částeček v přírodním prostředí: jsou samozřejmě v přímém smyslu netoxické, ale nevíme přesně, co udělá jejich zvyšující se podíl ve vodě či v půdě.
Z tradičních plastů podléhá částečné biodegradaci (rozvláknění ve vodě apod.) pouze celofán, jeho výroba je ale velmi neekologická a v Evropě zbývají poslední dva výrobní provozy. Je nahrazován většinou orientovanou PP fólií. Podobně jako celofán (a dokonce jeho bývalými výrobci Innovia Films) je ale ve Velké Británii, Belgii, Austrálii a USA vyráběna fólie NatureFlex viskózovou metodou z degradované celulózy z plantážových lesů. Konkrétní způsob její výroby je ale zatím zahalen výrobním tajemstvím.
Za zčásti biodegradovatelné tedy můžeme považovat fólie z polyolefinů (hlavně PP a PE) vyráběných z petrochemických či obnovitelných surovin, pokud je do nich přidán škrob v přirozené či modifikované podobě. V USA je zejména do PE přidáván škrob (v objemu do 10 %) vzhledem k šetření ropou, použité plasty jsou ale potom spalovány. K polyolefinům lze bez zásadního ovlivnění jejich funkčních vlastností dodat asi 20 % škrobu. Přídavek škrobu je původně italským patentem, dnes jsou podle nového kanadského patentu do polyolefinů přidávány tzv. TDPA látky (totally degradable plastic additives).
RECYKLACE, NEBO BIODEGRADACE?
Jaký je vlastně rozdíl mezi recyklací a biodegradací jako součástmi výrobního řetězce? Hranice je vlastně nezřetelná, ale zkusme ji určit. Při recyklaci využíváme látky původního výrobku, aniž bychom je museli rozložit na jejich prvočinitele. Recyklace je tedy většinou rychlejší, jednodušší a může být i energeticky nenáročnější, zejména s ohledem na samotnou výrobu z recyklátu. Na druhé straně většinou neumíme recyklovat dokonale a potřebné vlastnosti surovin se při vícenásobné recyklaci zhoršují, zároveň není recyklace nikdy stoprocentní - obojí dobře vidíme například na recyklaci papíru.
Biodegradace na druhé straně může rozložit výrobek na jeho prvočinitele (tato fáze je různě energeticky náročná, při vhodném využití přírodních energetických procesů by podíl dodané, námi vyrobené energie nemusel být velký), následná fáze výroby je pak energeticky náročná obdobně jako výroba z původních surovin - u řízeného rozpadu např. ve velkoobjemových biokompostárnách může být nižší o těžební, čisticí a transportní náklady, recyklace zde má ale z principu věci šanci být energeticky (případně i dalšími, např. odpadními vlivy na okolí) úspornější.
Naopak např. rozpad polyolefinů s podílem škrobu na malé části v přírodě prakticky znemožňuje jejich opakované využití, je de facto formou jejich rozptýlení na "planetární skládce", nejde tedy o plnou biodegradaci. Dlouhodobě je tedy perspektivní cestou pouze biodegradace, ovšem v některých případech jí může ekonomicky a ekologicky efektivně předcházet několik recyklačních cyklů. Bohužel zatím suroviny, které by měly vlastnosti vhodné zároveň pro recyklaci a biodegradaci, neznáme.
Biopolymery jsou vyráběny z biomasy buď zcela synteticky, nebo rostlinami (v některých případech - vzhledem k vyšší produktivitě stále častějších - geneticky upravenými čili tzv. transgresními) či bakteriemi (případně rostlinami geneticky upravenými vnesením bakteriálních genů).
ZÁJEM ROSTE
Poptávka po bioplastech roste o 20-30 % ročně. Jejich recyklace je ale problematičtější než u klasických plastů a někdy zcela nemožná. Podobně jako u výroby biopaliv je zde problém energetické náročnosti výroby bioplastů, přičemž tato energie dosud pochází zejména z fosilních zdrojů. Výroba 1 kg PHA vyžaduje 81 MJ energie, 1 kg PLA kolem 56 MJ. Přitom k výrobě 1 kg PE stačí 29 MJ a 2,2 kg ropy, přičemž polovina suroviny je uchována v konečném produktu a lze ji energeticky využít např. spálením. PP a PE mají náklady na výrobu ve výši čtvrt až půl dolaru za kilogram. Polyolefiny se rozkládají při dokonalém spalování na CO2 a vodu (při nedokonalém spalování mohou např. kolem 400 °C vznikat metan nebo etylen).
Problémem je rovněž souběžná existence biodegradabilních a recyklovatelných plastů, protože běžný spotřebitel je od sebe může těžko odlišit, a podíl odpadních biodegradova-telných plastů v recyklátu jej může zcela znehodnotit - jak pro recyklaci, tak pro biodegradaci. Plasty dnes přitom tvoří 7-10 % všech odpadů, kolem 4 % (v USA 10 %) petrochemických surovin je použito k výrobě polymerů.
BIOPLASTY NA TRHU
Škrob je rostlinný polysacharid. Plasty odvozené od škrobu tvoří čtyři pětiny komerčně využívaných bioplastů a lví podíl na tom má polylaktid (PLA). Při výrobě PLA se škrob, obvykle kukuřičný, za vysokých teplot rozštěpí na glukózu a následně fermentuje bakteriemi mléčného kvašení (Lactobacillus) na kyselinu mléčnou, následuje polymerizace na PLA, jejíž konečnou fázi je možné provést na existujících linkách k výrobě PE a PP. PLA je čirý, díky čemuž se mohly na trhu objevit již také lahve z tohoto materiálu. PLA se rozpadá i do 30 dnů, rychlost rozpadu lze ovšem regulovat. Výhodou PLA je jeho naprostá biologická bezpečnost - lidské tělo časem PLA absorbuje, proto se z tohoto materiálu vyrábějí např. chirurgické nitě. PLA dodává na trh zejména americká firma Cargill Dow. Obaly z PLA lze kompostovat při teplotách okolo 40 - 60 °C a samovolný rozpad proběhne do půl až jednoho roku.
Polyhydroxylalkanoáty (PHA) jsou přírodní polymery patřící mezi PES. Objevily se v 70. letech pod názvem biopol. Byly vyráběny nejprve pouze bakteriemi (posléze geneticky upravenými), později přibyla geneticky upravená sója a řepka olejka, do nichž byly vneseny bakteriální geny, a nakonec druh rákosu "switchgrass" s vysokými výnosy. Zbytek po výrobě PHA (u sóje a řepky lisováním oleje) slouží jako krmivo, případně biopaliva. Mechanickými vlastnostmi se fólie podobá PP, ale rozloží se na rozdíl od něj ne za desítky až stovky let, ale již za několik měsíců. K výrobě plastů se využívají kopolymery PHA (tedy látky obsahující více než jeden typ monomeru).
Fólie z biodegradovatelného PE musí být silnější než z obvyklého PE vzhledem k horším mechanickým vlastnostem. Biologický rozklad sáčků a tašek z tohoto materiálu trvá tři až šest let. Mezi kompozity škrobových a ropných složek (blendy) patří například polykaprolakton (PCL), využívaný ve fóliích Mater-Bi italského Novamontu.
František Tichý
Zdroj: Svět balení 1/2009, str. 42-43, redakčně kráceno
Biodegradabilní pytle se často používají pro sběr biologicky rozložitelného odpadu
Biodegradace je, když...
O biodegradaci v širším smyslu mluvíme i v případech přirozené fyzické či chemické degradace v prostředí (např. foto-, hydro- nebo termodegradace). V užším smyslu jde o enzymatickou biodegradaci působením bakterií či hub. Ideálním cílem biodegradace je rozpad plastu na jednoduché chemické řetězce ve formě tak malých částeček, aby je mohly strávit mikroorganismy. Tyto částečky (zejména poté, co byly stráveny a takto zpracovány) označujeme jako biomasu. Kromě ní vzniká při biodegradaci ještě voda a plyny: při kompostování za přístupu vzduchu CO2 a při tlení bez přístupu vzduchu metan. Oba plyny jsou plyny skleníkovými, metan je v tomto ohledu podle některých údajů až 300x silnější. Na druhé straně lze metan jímat a dále využívat. Ochotněji biodegradují ty z polymerů, které mají v hlavním řetězci chemické skupiny citlivé na hydrolytický útok mikroorganismů (esterové, karboxylové, hydroxylové, eterové).
