Na plasty vyrobené z přírodních biologických surovin se někdy pohlíží jako na zcela nové výrobky, přitom však některé z nich byly známy již v minulosti. Neplatí, že bioplasty jsou díky svému přírodnímu původu biologicky rozložitelné. Jsou to i materiály, které se biologicky nerozloží.
Dnes se bioplasty uplatňují v oblasti obalových materiálů, zemědělství, gastronomie, spotřební elektroniky i automobilizmu, stále však představují jen přibližně 1 % z celkové roční produkce zhruba 300 milionů tun plastů.
První syntetické polymery byly vlastně bioplasty. Galalit byl biologicky rozložitelný polymer připravený z formaldehydu a mléčného proteinu kaseinu. Celuloid byl vyroben v roce 1856 z nitrátu celulózy a kafru – ten jako jeden z mála bioplastů přežil prudký nástup syntetických plastů z ropy. I když jeho výroba vrcholila v 60. letech minulého století, stále se však používá na obaly pro cukrovinky, cigarety a další výrobky. Průkopnické práce v oblasti chemického a průmyslového využití organických surovin umožnily Henrymu Fordovi vyrábět některé plastové součástky automobilů ze sójových bobů.
Postavení plastů se změnilo dramaticky v 19. století s nástupem ropy jako zdroje paliv a chemikálií. Bioplasty, jako kyselina polymléčná (PLA), známá již od konce 19. století, byly postupně vytlačovány syntetickými polymery z ropy. Po druhé světové válce dochází k velkému rozmachu výroby plastů, která pokračuje nadále.
Na výrobu plastů připadají nyní přibližně 4 % vytěžené ropy. S očekávaným růstem spotřeby plastů, při postupném vyčerpávání zásob ropy a zvyšovaní její ceny, může podíl plastů vyráběných z obnovitelných zdrojů dosáhnout v roce 2050 až 20 % z jejich celkové výroby.
Pojem bioplasty doprovází řada nejasností. Často se nesprávně předpokládá, že, je-li něco odvozeno z biomasy, musí to být i biologicky rozložitelné. Avšak použití biologické suroviny neznamená automaticky, že konečný výrobek bude biologicky rozložitelný, a naopak, že biologicky rozložitelné materiály musí vždy pocházet z biologických surovin.
Pojmy biologicky rozložitelné plasty a plasty z biologických zdrojů, obojí příznivé k životnímu prostředí, se často navzájem zaměňují, ačkoliv nejsou identické. Biologicky rozložitelné plasty byly vyvinuty z potřeby biologické rozložitelnosti plastů v prostředí, zatímco pro plasty z biologických surovin se jako surovina používá biomasa namísto ropy. Biologická rozložitelnost plastů závisí na výchozí surovině, chemickém složení a struktuře konečného produktu a na prostředí, ve kterém se bude plastový odpad biologicky rozkládat. Některé polymery se rozkládají již v průběhu několika týdnů, zatímco jiné ve stejném prostředí potřebují k rozkladu i podstatně delší dobu.
Nejasnosti v označování bioplastů v podstatě vznikají z toho, že biologicky nerozložitelné plasty, vyráběné z obnovitelných zdrojů (např. bio-PE, bio-PET) jsou prakticky nerozlišitelné od obdobných plastů z fosilních zdrojů, a jejich označování jako bioplasty způsobuje v praxi problémy. Proto se ukazuje, že termín plasty z biologických zdrojů je vhodnější pro tradiční plasty vyráběné z obnovitelných zdrojů, např bio-PE apod., zatímco pojem bioplasty by měl být rezervován pouze pro materiály, které jsou biologického původu a současně biologicky rozložitelné.
Biologicky rozložitelné plasty nacházejí použití všude tam, kde biologická rozložitelnost je jejich hlavní předností.:
kompostovatelné pytle na organický odpad, což se považuje za hlavní praktické uplatnění těchto plastů,
biologicky rozložitelné mulčovací folie, které lze zaorat do půdy po jejich použití,
obaly pro výrobky cateringu nebo balení pro malé občerstvení; mohou být jednoduše kompostovány po použití současně se zbytky potravin,
balicí folie pro potraviny se střednědobou životností vyžadující atraktivní prezentaci výrobků nebo prodloužení jejich životnosti, (podnosy pro zeleninu a ovoce nebo čerstvé maso); lze je kompostovat současně se zbytky potravin,
pevné obaly jako kontejnery a lahve z PLA lze použít pro nepěnivé vody a mléčné výrobky.
V oblasti lékařství nacházejí biologicky rozložitelné plasty použití jako materiály pro šití a pro šrouby a implantáty.
Odpadní biologicky rozložitelné plasty fosilního původu se zpracovávají stejně jako odpadní konvenční plasty vyrobené z ropy. To platí rovněž pro rozložitelné plasty biologického původu. Ty mají však některé specifické vlastnosti právě vzhledem k tomu, že pocházejí z biologických obnovitelných zdrojů: jsou hygroskopické a vlhkost v nich obsažená může způsobit problémy, jako nekontrolovatelné snížení viskozity, nežádoucí pěnění a nebezpečí zvýšené tepelné degradace a hydrolýzy. Proto je nezbytné jejich předsušení, přitom vzhledem k jejich náchylnosti k termickému rozkladu je nelze vystavovat zvýšené teplotě po delší dobu.
Stupeň a rychlost biodegradace biologicky rozložitelných plastů závisí na požadavcích na vlastnosti konečných produktů rozkladu a fyzikálních a chemickým podmínkách prostředí, ve kterých se rozkládají (např. teplotě a přítomnosti kyslíku, světla a specifických mikroorganismů). Hlavní způsoby zpracování odpadních biologicky rozložitelných plastů jsou recyklace, spalování, biologické zpracování (kompostování, anaerobní digesce), skládkování. Ve většině případů závisí výběr vhodného postupu na charakteru biologicky rozložitelného materiálu. Z environmentálního hlediska je nejvýhodnějším způsobem zpracování biologicky rozložitelných plastů jejich kompostováním za přesně řízených podmínek (vlhkost, přítomnost kyslíku apod.).
Recyklace. Pro získání kvalitních recyklátů je důležitá předseparace suroviny, protože chemicky stejné biologicky rozložitelné a konvenční plasty z ropy nelze ve směsném odpadu rozlišit optickými separačními systémy. Oba typy plastů mají podobnou hustotu a nelze je jednoduše separovat ani mechanicky. Zavádějí se nové techniky umožňující dokonalejší automatické třídění plastů, jako je infračervená spektroskopie v blízké IČ oblasti. Praktické technologické využití tohoto způsobu však zatím naráží na četné nevyřešené problémy. Biologicky rozložitelné plasty v komunálním odpadu mohou způsobit problémy pro stávající recyklační systémy. Ačkoliv lze recyklovat některé bioplasty jako PLA opakovaně bez významné ztráty kvality recyklátu, nejistota spolehlivých dodávek odpadních bioplastů v dostatečném množství činí v současné době jejich recyklaci ekonomicky méně atraktivní než konvenčních plastů.
Energetické využití. Většina průmyslově vyráběných plastů má vysokou výhřevnost, srovnatelnou s černým uhlím. Energetické využití je proto výhodnou volbou pro odpadní plasty, po odstranění veškerého recyklovatelného podílu. Uvádí se, že energetické využití odpadních petrochemických výrobků, které již jednou měly velkou přidanou hodnotu jako užitečný materiál, je ekonomicky výhodnější než přímé spalování ropy. Odpadní přírodní biologicky rozložitelné materiály, jako celulózová vlákna a škrob, mají sice nižší výhřevnost než uhlí (podobnou dřevu), jsou však stále vhodnou surovinou pro energetické využití, i když je vždy třeba dát přednost jejich materiálové recyklaci.
Skládkování je nejméně výhodným způsobem zpracování plastových odpadů. V EU se stále více než 30 % materiálově či energeticky využitelných plastů v komunálním odpadu (8 milionů tun ročně) skládkuje. Omezené plochy pro skládkování v EU a obavy z nepříznivých vlivů skládkových emisí na životní prostředí a zdraví jsou hlavním důvodem pro drastické omezování skládkování biologicky rozložitelných odpadů.
Biologické zpracování. Kompostováním lze převést biologicky rozložitelné odpady zrychleným rozkladem heterogenní organické hmoty směsnými bakteriálními populacemi na užitečné produkty, např. zlepšovače půdy.
Biologická rozložitelnost. V moderní společnosti představují významný podíl komunálních odpadů (až 20 %) materiály ze syntetických polymerů, které jsou prakticky nerozložitelné, jako PE, PP a PS). Pouze malé množství termoplastických materiálů se však odděleně shromažďuje a recykluje (PE a PET). Některé z nich se dostávají přímo do prostředí, např. litteringem. Proto je kontaminace prostředí plasty vážný problém a podporuje to zájem o biologicky rozložitelné plasty.
Biologická rozložitelnost těchto materiálů je proces využívající chemoorganotrofní bakterie a houby, schopné vylučovat enzymy (depolymerázy), které rozkládají polymerní matrice. Nutno ji odlišit od procesu stárnutí, který běžně probíhá v prostředí fotochemickým rozkladem a nespecifickými biologickými jevy, přičemž dochází ke kompletní bioasimilaci rozkladných produktů. Biologická rozložitelnost je do značné míry ovlivněna prostředím a může probíhat v různém prostředí rozdílně. Nejagresivnějším prostředím je kompost (v menší míře půda a voda), vzhledem k vhodné teplotě a přítomnosti mikroorganismů (bakterií a hub). Přitom však mohou vznikat obtížně identifikovatelné emise toxických látek do prostředí, jak se prokázalo v případě polyesterů.
Plasty biologického původu jistě nejsou univerzálním řešením problémů s polymerními odpady. Přejde-li však někdy v budoucnu lidstvo (záměrně či z nutnosti) do světa bez fosilních zdrojů, budou se plasty vyrábět z jiných zdrojů, pravděpodobně hlavně zemědělských. K tomu bude však nutno vyřešit řadu problémů, jako je jejich vysoká cena, dostupnost zemědělské půdy, konkurence s potravinami atd. Biologicky rozložitelné plasty mají však jen omezené použití a někdy se mohou rozkládat pouze ve specifických podmínkách. Nepochybně však jak plasty pocházející z biologických zdrojů, tak i plasty biologicky rozložitelné sehrají v budoucnosti významnou roli jako environmentálně příznivé materiály pro nejrůznější praktická využití.
Mečislav Kuraš
Článek z časopisu Odpady, č. 02/2012*
