This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed... 1

Transkrypt

This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed by the ERDF
1
2
Dokument został przygotowany w ramach projektu
PLASTICE i wchodzi w skład
WP4 Ramowych warunków stymulujących popyt rynkowy,
WP4.2 Schematu doradztwa międzynarodowego
3
4
Spis treści :
Przedmowa
6
1.
Wprowadzenie
7
2.
Materiały polimerowe – podstawy
11
3.
Tworzywa polimerowe
13
3.1.
Podział tworzyw polimerowych
13
3.2.
Klasyczne tworzywa polimerowe ze źródeł kopalnych
15
3.3.
Biodegradowalne tworzywa polimerowe
19
3.3.1. Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z
surowców odnawialnych
20
3.3.2. Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane
z surowców kopalnych
21
3.3.3. Materiały oxodegradowalne
22
3.4
Tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych
23
3.5.
Zdolności produkcyjne biotworzyw
24
4.
5.
6.
Wyroby zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju i kryteria oceny
26
4.1.
Model oceny zrównoważonego rozwoju dla tworzyw polimerowych
26
4.2
Kryteria oceny aspektów środowiskowych
27
4.3.
Kryteria oceny aspektów społecznych
29
4.4.
Kryteria oceny aspektów ekonomicznych
30
Systemy oceny wyrobów polimerowych pod kątem wybranych kryteriów
32
5.1.
Certyfikowanie kompostowalnych tworzyw polimerowych
32
5.2.
Certyfikowanie zawartości źródeł odnawialnych
35
5.3.
Certyfikacja – podsumowanie
37
5.4.
Ślad węglowy – potwierdzenie redukcji emisji gazów cieplarnianych
39
Wnioski
42
Załączniki :
Załącznik A: Wykaz zastosowań biotworzyw
43
Załącznik B: Schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów biodegradowalnych
55
5
PRZEDMOWA
W ciągu ostatnich 100 lat tworzywa polimerowe znalazły tak szerokie zastosowanie w niemal
wszystkich dziedzinach życia – od opakowań żywności czy zastosowań w medycynie po produkcję
części samochodowych i zabawek – że dziś trudno wyobrazić sobie, iż jeszcze wiek temu nie
wywarzano ich na skalę przemysłową.
Tworzywa zabezpieczają żywność, sprawiają, że pozostaje świeża, i umożliwiają jej transport na
duże odległości. Zapewniają sterylność zapakowanych w nie wyrobów medycznych, takich jak igły,
a także soli fizjologicznej czy krwi. Sprawiają, że samochody są lżejsze i zużywają mniej paliwa.
Dają także radość dzieciom, bawiącym się wykonanymi właśnie z tworzyw klockami Lego czy lalkami
Barbie.
Szczególnie wart podkreślenia jest również fakt, że tworzywa polimerowe to jedyna grupa
materiałów w całości produkowana przez człowieka.
Jednak oprócz ogromnych korzyści, jakie daje stosowanie tworzyw, istnieją też negatywne
aspekty ich użycia. Rodzaj tworzywa oraz sposób postępowania z nim po wykorzystaniu ma
ogromny wpływ na ludzkie zdrowie i środowisko naturalne. Stwierdzono na przykład, że Bisfenol A,
stosowany w opakowaniach do żywności i napojów, wpływa na równowagę hormonalną
organizmu, powodując powstawanie zaburzeń rozwojowych i nowotworów. Także Wielka
Pacyficzna Plama Śmieci to w istocie ogromne dryfujące skupisko odpadów z tworzyw sztucznych,
unoszących się swobodnie w oceanie. Oba te przykłady budzą w ludziach poważne obawy i
zwracają uwagę opinii publicznej na problem tworzyw.
Książki takie jak: „Plastic: A Toxic Love Story” (Tworzywa sztuczne – toksyczna miłość) S. Freinkel,
„Plastic Free: How I Kicked the Plastic Habit and How You Can Too” (Wolny od tworzyw – jak udało
mi się rzucić tworzywowy nałóg i jak ty też możesz tego dokonać) B. Terry czy „Plastic Ocean: How a
Sea Captain's Chance Discovery Launched a Determined Quest to Save the Oceans” (Ocean
Tworzyw: jak kapitan znalazł szansę i rozpoczął misję ratowania oceanów) C. Moore’a oraz C.
Phillips stanowią odzwierciedlenie tych obaw i kwestionują obecne modele stosowania – oraz
nadużywania – tworzyw sztucznych.
Dzisiaj najważniejszym celem jest upowszechnianie tworzyw, które nie zagrażają zdrowiu ludzi i
zwierząt, a także środowisku naturalnemu, spełniając jednocześnie potrzeby użytkowników. Nauka i
przemysł, ale także polityka społeczna to sfery, w których należy podjąć działania na rzecz
wprowadzenia właściwych wytycznych i materiałów, mających pomóc zrealizować ten cel. Od tego
zależą nasze życie, zdrowie oraz stan środowiska. Krokiem w tym kierunku jest także projekt
PLASTiCE.
Główny problem stanowi społeczna akceptacja nowych tworzyw, które w mniejszym stopniu
obciążają środowisko. Projekt PLASTiCE polega na współpracy z wieloma partnerami, począwszy od
przedstawicieli przemysłu, poprzez organizacje pozarządowe, agencje rządowe, aż po
użytkowników, detalistów i naukowców. Nasze doświadczenie pokazuje, że wszystkie te grupy są
zainteresowane poszukiwaniami nowych, atrakcyjnych cenowo i przyjaznych dla środowiska
tworzyw. Pytanie brzmi: jak połączyć rozmaite interesy poszczególnych grup, aby zapewnić
skuteczność działania? Co ciekawe, wszystkie one mają podobne priorytety – chcą bezstronnej,
rzetelnej informacji i odpowiedzi na pytania dotyczące tworzyw polimerowych.
Niniejszy poradnik został przygotowany z myślą o spełnieniu niektórych z tych potrzeb i
pokonywaniu przeszkód, które nie pozwalają korzystać z nowych, bardziej funkcjonalnych,
powodujących mniej obciążeń środowiskowych i niewpływających negatywnie na zdrowie ludzkie
tworzyw.
Andrej Kržan, Koordynator Projektu PLASTiCE
6
1. Wprowadzenie
Drodzy Czytelnicy,
Celem wydania niniejszego przewodnika było przekazanie w sposób zrozumiały i obiektywny
informacji, które pozwolą lepiej zrozumieć znaczenie tworzyw polimerowych zgodnych z zasadą
zrównoważonego rozwoju.
Autorzy przewodnika, partnerzy projektu Central Europe – PLASTiCE, posiadają znaczne
doświadczenie związane z tworzywami polimerowymi zgodnymi z zasadą zrównoważonego
rozwoju oraz na co dzień współpracują z przedsiębiorstwami działającymi w całym łańcuchu
wartości tworzyw polimerowych.
W oparciu o zdobyte doświadczenia, przywołaliśmy listę 10 najczęściej zadawanych pytań z tego
zakresu.
Pytania
1.
Jakie wyroby można produkować z biotworzyw?
2.
Czy produkcja wyrobów z biotworzyw jest uzasadniona z ekonomicznego punktu widzenia?
3.
Czy istnieją możliwości technologiczne produkcji wyrobów z biotworzyw?
4.
Czy moje przedsiębiorstwo posiada odpowiednie kwalifikacje?
5.
Czy moje przedsiębiorstwo dysponuje odpowiednimi urządzeniami oraz możliwościami
przetwórczymi?
6.
Dlaczego należy certyfikować wyroby z biotworzyw?
7.
W jaki sposób przekonać klientów do zakupu wyrobów z biotworzyw?
8.
Gdzie moje przedsiębiorstwo może pozyskać odpowiednie surowce do produkcji (polimery,
barwniki itd.)?
9.
Gdzie znaleźć partnerów?
10.
Jak zacząć?
W przewodniku znajdą Państwo odpowiedzi na wszystkie te pytania. Poniżej zostały one pokrótce
przedstawione wraz z odnośnikami wskazującymi, w której części przewodnika można uzyskać
więcej informacji.
Odpowiedzi
1. Jakie wyroby można produkować z biotworzyw?
Biotworzywa, podobnie jak klasyczne ropopochodne tworzywa polimerowe, znajdują różnorodne
zastosowania, charakteryzują się bowiem wieloma użytecznymi właściwościami, takimi jak łatwość
nanoszenia nadruku czy przepuszczalność gazów, pary wodnej i tłuszczy, które można dostosować
do określonych potrzeb. Więcej informacji na temat właściwości tych tworzyw można znaleźć w
rozdziale 3. Obecnie biotworzywa znajdują zastosowanie głównie w sektorze opakowaniowym i
spożywczym jako torby handlowe, tacki do żywności, kubki do jogurtów, sztućce itd. Rosnącą
popularność biotworzyw można zaobserwować w: medycynie, rolnictwie, elektronice, sporcie, a
7
nawet branży motoryzacyjnej. Należy zauważyć, że sektor biotworzyw jest dopiero w fazie rozwoju.
Przewiduje się jednak jego bardzo szybki wzrost w ciągu kilku następnych lat, co wpłynie na
zwiększenie możliwych zastosowań. Patrz: Załącznik A: Wykaz najczęstszych zastosowań
biodegradowalnych tworzyw polimerowych.
2. Czy produkcja wyrobów z biotworzyw jest uzasadniona z ekonomicznego punktu widzenia?
Pomimo iż biotworzywa są droższe niż tradycyjne, w ostatnich latach ich rynek rozwijał się w sposób
zrównoważony, zarówno pod względem kosztów, jak i regulacji prawnych (opracowanie norm,
kryteriów certyfikacji, a w niektórych krajach nawet wprowadzenie zakazu stosowania klasycznych
tworzyw polimerowych do pewnych zastosowań, takich jak torby handlowe). Zapotrzebowanie na
biotworzywa obserwuje się głównie w branżach: opakowaniowej, motoryzacyjnej, zabawkarskiej i
elektronicznej. Wiele koncernów światowych uwzględniło także biotworzywa w przyjętej
długoterminowej strategii wzrostu i innowacyjności. Ulepszanie biotworzyw ma charakter
wielowymiarowy. Z jednej strony producenci materiałów rozwijają nowe tworzywa oraz dodatki, z
drugiej zaś producenci wyrobów gotowych obserwują duży potencjał innowacyjny i rozwojowy
biotworzyw, w odróżnieniu od oferty opartej na tworzywach klasycznych.
Więcej na ten temat znaleźć można w rozdziale 3. i rozdziale 4., gdzie przedstawiono różne kryteria
oceny zrównoważonego rozwoju biotworzyw.
3. Czy istnieją możliwości technologiczne produkcji wyrobów z biotworzyw?
Obecne na rynku biotworzywa znajdują szeroki zakres zastosowań. Mogą być poddawane tym
samym procesom przetwórczym co ich klasyczne odpowiedniki – termoformowanie, wytłaczanie,
formowanie z rozdmuchem itd. Różnice w przetwórstwie biotworzyw i klasycznych tworzyw
polimerowych polegają na doborze innych parametrów urządzeń produkcyjnych. Parametry te są
uwzględnione w charakterystyce biotworzyw dostarczanej przez producentów przy zakupie.
Generalnie, pod względem złożoności procesów technologicznych, biotworzywa nie są trudniejsze w
obróbce od tworzyw klasycznych. Więcej na ten temat można znaleźć w rozdziale 3.
4. Czy moje przedsiębiorstwo posiada odpowiednie kwalifikacje?
Pojęcie odpowiednich kwalifikacji odnosi się do cech takich jak: możliwości, umiejętności, wiedza,
zdolności i doświadczenie. Istnieją dwa rodzaje kwalifikacji: techniczne i pozatechniczne. Gdy bierze
się pod uwagę pełny cyklu życia procesów produkcyjnych, użycia przemysłowego, użytkowania
przez konsumenta oraz postępowania z odpadami, niezbędne kwalifikacje przy wykorzystywaniu
biotworzyw są ściśle techniczne i nie różnią się od tych wymaganych dla klasycznych tworzyw
polimerowych. Biotworzywa mogą być przetwarzane na tych samych maszynach co tworzywa
klasyczne, a ich zastosowanie i sposób użytkowania zależą tylko od właściwości materiału.
Postępowanie z odpadami z biotworzyw nie różni się od postępowania z odpadami z tworzyw
klasycznych, różnice występują tylko w przypadku biotworzyw biodegradowalnych. Biotworzywa
kompostowalne mogą być kompostowane razem z odpadami organicznymi – proces ten to recykling
organiczny.
Wszystkie biotworzywa stwarzają większe możliwości w działaniach marketingowych i PR, działania
te jednak musza być prowadzone z rozwagą i odpowiednio dostosowane do specyfiki materiału i
jego zastosowania. Niniejszy przewodnik powstał w celu przybliżenia kwestii związanych z
kwalifikacjami niezbędnymi do postępowania z biotworzywami i wypełnienia ewentualnych braków
w wiedzy pozatechnicznej.
8
5. Czy moje przedsiębiorstwo dysponuje odpowiednimi urządzeniami oraz możliwościami
przetwórczymi?
Podobnie jak w przypadku wszystkich innych materiałów, podstawowe znaczenie ma dostosowanie
właściwości biotworzyw do określonych zastosowań wyrobu, który przedsiębiorstwo zamierza
wytwarzać. Niektóre biotworzywa (nazywane „zielonymi”, gdyż są wytwarzane ze źródeł
odnawialnych) charakteryzują się identycznymi właściwościami jak ich odpowiedniki produkowane z
surowców kopalnych (np. PE i „zielony” PE). Inne natomiast zdecydowanie różnią się właściwościami,
co stwarza możliwość twórczego ich wykorzystania. Jak wspomniano w odpowiedzi na pytanie 3.,
biotworzywa mogą być przetwarzane na urządzeniach do przetwórstwa klasycznych tworzyw
polimerowych.
6. Dlaczego należy certyfikować wyroby z biotworzyw?
Nie sposób wyobrazić sobie współczesnego świata bez tworzyw polimerowych. Te uniwersalne
materiały są jednak postrzegane jako sprzeczne z coraz powszechniejszym przyjaznym środowisku
stylem życia, co skłoniło do poszukiwań alternatywnych tworzyw. Jednym z najbardziej widocznych i
obiecujących rozwiązań w tym zakresie są biotworzywa. Trudno je jednak odróżnić od klasycznych
tworzyw polimerowych, dlatego należy wprowadzić mechanizmy zabezpieczające odpowiednią
jakość i znakowanie. Służą temu systemy normalizacji oraz certyfikacji. Certyfikacja wyrobów i
materiałów jest dobrowolna, zapewnia jednak wiele korzyści. Certyfikat odróżnia biotworzywa od
klasycznych tworzyw polimerowych i potwierdza, że materiał spełnia wymagania normatywne.
Stanowi to ogromną zaletę w porównaniu z wyrobami nieposiadającymi certyfikatu. Oznaczenie
znakiem certyfikacyjnym daje konsumentowi pewność odpowiednich właściwości wyrobu lub
materiału. Znak certyfikacyjny dla tworzyw kompostowanych ułatwia segregację i właściwe
postępowanie z odpadami, gwarantując odpowiednią jakość wyrobu.
Szczegółowe dane na temat różnych form certyfikacji biotworzyw znajdują się w rozdziale 5.
7. W jaki sposób przekonać klientów do zakupu wyrobów z biotworzyw?
Biotworzywa to nowe i innowacyjne materiały, które znajdują zastosowanie w produkcji szerokiej
grupy wyrobów. Stanowią one doskonałą alternatywę dla klasycznych tworzyw polimerowych.
Chociaż w tych samych zastosowaniach większość biotworzyw nie różni się wizualnie od klasycznych
tworzyw polimerowych, istnieje wiele metod pozwalających na ich skuteczną promocję: rozmaite
techniki marketingowe, kwestie związane ze społeczną odpowiedzialnością biznesu (CSR) oraz
komunikacją społeczną (PR). Większość biotworzyw wytwarzana jest ze źródeł odnawialnych i
posiada wiele atutów, które wykorzystać można w działaniach marketingowych. Jednym z takich
atutów są unikalne właściwości, jak biodegradowalność.
Biotworzywa odnoszą także sukces na rynkach niszowych, przede wszystkim jako opakowania
żywności organicznej czy dóbr luksusowych. Producenci mogą liczyć na korzyści wynikające z
rozwoju rynku dla osób żyjących w zgodzie z naturą.
Biotworzywa świetnie wpisują się w ideę zrównoważonego rozwoju. Rozdział 4. w całości dotyczy
aspektów zrównoważonego rozwoju oraz przedstawia metody pozwalające na jego ocenę w
kontekście produkcji i użytkowania biotworzyw.
9
8. Gdzie moje przedsiębiorstwo może pozyskać odpowiednie surowce do produkcji (polimery,
barwniki itd.)?
Dwa załączniki dołączone do niniejszego przewodnika zawierają zarówno szeroki wykaz
zastosowań biotworzyw, jak i schemat R&D uwzględniający listę instytucji, z którymi można się
kontaktować w celu uzyskania informacji na temat biotworzyw. Schemat R&D jest jednym z ważnych
efektów projektu PLASTiCE.
Wykaz zastosowań biotworzyw został przygotowany, by pomóc w określeniu sposobu ich
wykorzystania w Państwa przedsiębiorstwie i pokazać, że możliwości użycia są dużo większe niż
tylko worki do gromadzenia odpadów organicznych. Wyroby podzielono na różne grupy, dodając
krótki opis możliwych zastosowań wraz z zaletami wynikającymi z ich charakterystyki.
Drugi załącznik – schemat R&D (Schemat międzynarodowej współpracy w zakresie badań i rozwoju
tworzyw polimerowych) jest wynikiem współpracy pomiędzy siedmioma instytucjami z
czterech krajów Europy Centralnej, partnerami projektu. Schemat R&D stanowi propozycje rozwiązań
dla przedsiębiorstw z Europy Centralnej w działaniach zmierzających do wprowadzenia na rynek
wyrobów z biotworzyw. Zawiera on dane kontaktowe lokalnych instytucji, które mogą pomóc w
rozmaitych kwestiach dotyczących biotworzyw.
9. Gdzie znaleźć partnerów?
Przemysłowe wykorzystanie biotworzyw wymaga udziału różnych partnerów rynkowych – w
szczególności w dziedzinie rozwoju i badań. Z tego względu każde przedsiębiorstwo pragnące
rozpocząć działalność związaną z biotworzywami powinno współpracować z partnerami służącymi
wiedzą oraz pomocą. Schemat R&D, znajdujący się w Załączniku B, zawiera dane dysponujących
dużym doświadczeniem przedsiębiorstw i instytutów, które mogą pomóc w kwestiach dotyczących
biotworzyw oraz oferują doradztwo dotyczące wykorzystania biotworzyw w Państwa produkcji.
10. Jak zacząć?
Początkiem procesu wprowadzenia nowego produktu jest zawsze pomysł, który musi koncentrować
się na odpowiednim rynku odbiorców. Biotworzywa oferują nowe, innowacyjne możliwości zarówno
w przypadku już wytwarzanych, jak też planowanych wyrobów. Wpisując się w światowe tendencje
poszukiwań rozwiązań zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju i korzystnych dla środowiska,
biotworzywa mogą się tu stać alternatywą.
„Biotworzywa szansą przyszłości” to publikacja przekazująca w dostępny sposób informacje o
biotworzywach, która pozwoli przejść przez kolejne etapy niezbędne do rozpoczęcia działalności
związanej z tymi materiałami.
10
2. Materiały polimerowe – podstawy
Przed wprowadzeniem definicji oraz przedstawieniem klasyfikacji tworzyw polimerowych warto
uzmysłowić sobie, że głównym ich składnikiem są polimery.
Polimery to wielkocząsteczkowe związki chemiczne zbudowane z wielu monomerów. Mogą mieć
budowę liniową, rozgałęzioną lub usieciowaną. Zazwyczaj polimery o budowie liniowej i
rozgałęzionej mają właściwości termoplastyczne, to znaczy są topliwe w określonych temperaturach,
a także rozpuszczalne w niektórych rozpuszczalnikach. Polimery usieciowane są nietopliwe i
nierozpuszczalne.
Polimery są rozpowszechnione w przyrodzie i stanowią materiał budulcowy organizmów roślinnych
oraz zwierzęcych. Należą do nich: skrobia, celuloza, białka, chityna itd. Druga grupa to polimery
uzyskiwane syntetycznie na skalę przemysłową z ropy naftowej. Wszystkie rodzaje polimerów
znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle.
Polimery można podzielić według różnych kryteriów. Poniżej przedstawiono kilka przykładów.
Podział ze względu na właściwości fizykochemiczne:

termoplasty – pod wpływem ciepła miękną, a po ochłodzeniu ponownie twardnieją, dla
przykładu akrylonitryl-butadien-styren – ABS, poliwęglan – PC, polietylen – PE, politereftalan
etylenu – PET, polichlorek winylu – PVC, polimetakrylan metylu – PMMA, polipropylen – PP,
polistyren – PS, polistyren spieniony – EPS itd.;

tworzywa termoutwardzalne (duroplasty) – po uformowaniu pozostają twarde – nie miękną
pod wpływem ogrzewania, dla przykładu: żywice epoksydowe – EP, fenoplasty – PF itd.;

elastomery – tworzywa, które można rozciągać i ściskać; w wyniku rozciągania lub ściskania
elastomery zmieniają znacznie swój kształt, jednak po odjęciu siły wracają do poprzednich
kształtów.
Podział ze względu na sposób otrzymywania:

polimery syntetyczne – powstają w wyniku syntezy chemicznej (poliaddycja, polikondensacja,
kopolimeryzacja);

polimery naturalne – powstające w organizmach żywych, np.: celuloza, białka, kwasy
nukleinowe;

polimery naturalne modyfikowane – zmodyfikowane polimery naturalne posiadające nowe
właściwości, np. octan celulozy, białka modyfikowane, skrobia modyfikowana.
Podział ze względu na pochodzenie surowców, z których powstają:

źródła odnawialne (surowce roślinne i zwierzęce);

źródła nieodnawialne (ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny).
Poliaddycja (polimeryzacja addycyjna) – proces łączenia się monomerów bez wydzielania produktów
ubocznych.
Polikondensacja (polimeryzacja kondensacyjna) – proces łączenia się monomerów z wydzielaniem się
produktów ubocznych.
Kopolimeryzacja – proces łączenia się przynajmniej dwóch różnych monomerów, w wyniku którego
powstaje kopolimer
11
Podział ze względu na zastosowanie:

opakowania;

budownictwo;

motoryzacja;

elektronika;

medycyna.
Podział ze względu na podatność na działanie enzymów wytwarzanych przez bakterie i grzyby:

biodegradowalne (polilaktyd – PLA, polihydroksyalkaniany – PHA i inne poliestry liniowe,
celuloza regenerowana, skrobia);

niebiodegradowalne (polietylen – PE, polipropylen – PP, polistyren – PS).
Istnieje oczywiście wiele więcej kryteriów podziału dostępnych polimerów, należy jednak zauważyć,
że w zastosowaniach przemysłowych same cząsteczki polimerowe nie są wystarczające. Większość
tworzyw polimerowych składa się bowiem nie tylko z polimerów, ale także zawiera inne składniki
organiczne lub nieorganiczne. Składniki te to dodatki, które mogą zapewnić nowe właściwości
tworzyw polimerowych:
Tworzywo polimerowe = polimer + dodatki
Zawartość dodatków w tworzywie polimerowym waha się od kilku (np. tworzywa polimerowe
stosowane do pakowania żywności) do ponad 50%. W zastosowaniach technicznych i
przemysłowych mieszaniny polimerów i dodatków nazywane są tworzywami polimerowymi.
Do dodatków należą m.in.: plastyfikatory oleiste poprawiające właściwości plastyczne, wypełniacze
poprawiające cechy użytkowe i obniżające koszty produkcji, stabilizatory hamujące niektóre reakcje
chemiczne, w tym: dodatki zmniejszające palność, środki antystatyczne, barwniki, środki poślizgowe i
wiele innych.
Ogromny świat tworzyw polimerowych obejmuje różne polimery i dodatki, które można ze sobą
łączyć. Dzięki temu mamy duże możliwości ich przekształcania i przetwarzania. Do podstawowych
technik stosowanych w przetwórstwie tworzyw polimerowych należą: prasowanie, tłoczenie,
przetłaczanie, formowanie płyt, walcowanie i kalandrowanie, odlewanie itp.
12
3. Tworzywa polimerowe
3.1. Podział tworzyw polimerowych
Historia tworzyw polimerowych a zrównoważony rozwój
Produkcję tworzyw polimerowych rozpoczęto pod koniec XIX i na początku XX wieku. Celuloid i
celofan były pierwszymi wytwarzanymi na bazie surowców pochodzenia naturalnego – biomasy. Po
II wojnie światowej tworzywa polimerowe stały się bardzo popularne. Od lat 60. do 90. były
wytwarzane głównie z surowców petrochemicznych. W latach 80. ich wytwarzanie przewyższyło
produkcję stali.
W latach 90. aspekty środowiskowe oraz kwestie związane ze zrównoważonym rozwojem stawały
się coraz istotniejsze, zarówno w wymiarze społeczno-kulturowym, jak i politycznym. W rezultacie
opracowano i wdrożono nowe technologie produkcji tworzyw m.in. ze źródeł odnawialnych oraz
tworzyw biodegradowalnych.
Poszukiwania nowych tworzyw i technologii ich wytwarzania są ściśle związane z:

Rozwojem wiedzy w dziedzinie ochrony środowiska naturalnego, w szczególności przy
uwzględnieniu cyklu życia wyrobu jako systemu uwzględniającego wiele etapów, dla
przykładu etap produkcji, użytkowania, a także powstawania odpadów i obciążeń dla
środowiska (nazywanych emisjami);

Udoskonalaniem metod oceny wpływu tworzyw polimerowych na środowisko, w
szczególności z zastosowaniem metody LCA– Life Cycle Assessment – narzędzia oceniającego
wyrób od kołyski do grobu;

Stosowaniem zasady zrównoważonego rozwoju, która w praktyce produkcyjnej i handlowej
oznacza traktowanie aspektów ekologicznych na równi z aspektami społecznymi oraz
ekonomicznymi.
Tworzywa polimerowe wytwarzane według nowego podejścia i przy użyciu nowych technologii są
nazywane biotworzywami. Termin ten wprowadzony został przez European Bioplastics Association) i
przedstawiony poniżej w ramce:
Biotworzywa – definicja wprowadzona przez European Bioplastics Association
Termin „biotworzywa" obejmuje całą rodzinę materiałów wytwarzanych zarówno na bazie źródeł
odnawialnych (pochodzenia naturalnego), jak również materiałów biodegradowalnych.
Materiały lub wyroby na bazie źródeł odnawialnych to te wytwarzane w całości lub części z
biomasy roślinnej. Biomasa pochodzi z takich roślin jak: kukurydza, trzcina cukrowa czy celuloza.
Termin „biodegradowalny” określa zdolność do ulegania procesowi chemicznemu, w trakcie którego
mikroorganizmy przekształcają tworzywo polimerowe w substancje takie jak woda, ditlenek węgla
oraz kompost (w tym procesie nie potrzebne są żadne dodatki).
Źródło: en.european-bioplastics.org
13
Aby lepiej zrozumieć wprowadzoną definicję European Bioplastics Association stworzyło model
ilustrujący poszczególne rodzaje tworzyw polimerowych. Model ten został przedstawiony na rys. 1.
Rys. 1. Podział tworzyw polimerowych wg European Bioplastics Association.
Model przedstawia cztery charakterystyczne grupy tworzyw polimerowych. Oś pozioma określa
biodegradowalność tworzyw, a oś pionowa – pochodzenie (surowce petrochemiczne lub surowce
odnawialne).
1. Do pierwszej grupy należą tworzywa polimerowe pochodzące głównie ze ze źródeł
petrochemicznych (tzw. klasyczne tworzywa sztuczne, które stanowią 90% światowej produkcji).
2. Do drugiej grupy należą biodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł
odnawialnych.
3. Trzecią grupę stanowią biodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł
kopalnych.
Czwarta grupa przedstawia niebiodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł
odnawialnych.
W poradniku zostaną omówione wszystkie cztery grupy tworzyw polimerowych.
14
3.2. Klasyczne tworzywa polimerowe ze źródeł kopalnych
Klasyczne (tradycyjne) tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł kopalnych (tzw. sztuczne)
znajdują zastosowanie w wielu obszarach. Główną cechą wyrobów wykonanych z tych materiałów
jest ich niewielka masa, która wynika z niskiej gęstości tworzyw polimerowych. Tworzywa te
wykazują wyjątkowe właściwości termoizolacyjne i elektroizolacyjne. Są odporne na korozję. Wiele
rodzajów tworzyw jest przezroczystych, co pozwala na ich stosowanie w urządzeniach optycznych.
Tworzywa można formować w dowolne kształty oraz mieszać z innymi materiałami. Ich właściwości
można z łatwością modyfikować poprzez zastosowanie różnych dodatków, np. wypełniaczy
wzmacniających, barwników, środków spieniających czy plastyfikatorów.
Ze względu na swoją uniwersalność klasyczne tworzywa polimerowe są stosowane niemal w każdej
dziedzinie – produkcji opakowań, budownictwie, transporcie, przemyśle elektrycznym i
elektronicznym, rolnictwie, medycynie czy sporcie. Możliwości zastosowań tworzyw sztucznych są
praktycznie nieograniczone, a ich właściwości mogą być dowolnie modyfikowane w zależności od
potrzeb, dlatego też stanowią one praktycznie nieograniczone źródło innowacji w różnych sektorach
przemysłu i wielu dziedzinach życia.
Do „wielkiej szóstki” klasycznych tworzyw o największym udziale rynkowym (rys. 2.) należą:

polietylen (PE);

polipropylen (PP);

polichlorek winylu (PVC);

polistyren PS/spieniony polistyren (EPS);

politereftalan etylenu (PET);

poliuretan (PUR).
Rys. 2. Udział rynkowy poszczególnych tworzyw w Europie.
Źródło: Plastics – The Facts 2012
15
Wyżej wymienione tworzywa stanowią łącznie ponad 80% udziału rynkowego w Europie. W
czołówce znajdują się: polietylen (29% udziału rynkowego), polipropylen (19% udziału rynkowego)
oraz polichlorek winylu (12% udziału rynkowego).
Duże znaczenie w przemyśle mają również takie tworzywa jak:

akrylonitryl/butadien/styren (ABS);

poliwęglan (PC);

polimetakrylan metylu (PMMA);

żywice epoksydowe (EP);

żywice fenolowo-formaldehydowe (PF);

politetrafluoroetylen (PTFE).
W 2011 roku światowa produkcja klasycznych tworzyw polimerowych osiągnęła 280 milionów ton.
Od lat 50. XX w. obserwuje się stały wzrost produkcji na poziomie 9% rocznie. W 2011 roku
produkcja klasycznych tworzyw w Europie osiągnęła 58 milionów ton, co stanowi 21% produkcji
światowej. Największym producentem są Chiny (23% światowej produkcji). Długoletnie prognozy
przedstawiają 4% wzrost konsumpcji per capita. Pomimo wysokiego wskaźnika wzrostu konsumpcji w
Azji i nowych krajach członkowskich UE zużycie na mieszkańca utrzymuje się tam na znacznie niższym
poziomie niż w bardziej rozwiniętych krajach.
Rysunki 3-6 przedstawiają dane dotyczące rozwoju produkcji klasycznych tworzyw polimerowych.
Rys. 3 obrazuje tempo wzrostu produkcji tworzyw w latach 1950-2011 na świecie i w Europie.
Przemysł klasycznych tworzyw rozwija się nieprzerwanie od 50 lat. Światowa produkcja wzrosła z
1,7 milionów ton w 1950 roku do 280 milionów ton w 2011 roku, w Europie natomiast z 0,35 do 58
milionów ton. Obecnie można zaobserwować przeniesienie produkcji do Azji.
Rys. 3. Światowa produkcja klasycznych tworzyw polimerowych (tzw. Sztucznych) w latach 19502011.
16
Rys. 4 przedstawia zapotrzebowanie na klasyczne tworzywa polimerowe w krajach europejskich.
Rys. 4. Zapotrzebowanie na klasyczne tworzywa polimerowe w Europie z podziałem na państwa
(tys. ton/rok). Źródło: Plastics – The Facts 2012
Rys. 5 przedstawia zużycie klasycznych tworzyw polimerowych w Europie w latach 2010-2011, które
wzrosło z 46,4 milionów ton w 2012 roku do 47 milionów ton w 2011 roku. W 2010 roku największe
zużycie zaobserwowano w sektorze opakowań (39% całkowitego zużycia), następnie – w
budownictwie (20,6%), w przemyśle motoryzacyjnym (7,5%) oraz w branży elektrycznej i
elektronicznej (5,6%). Pozostałe sektory to: sport, rekreacja, rolnictwo, produkcja maszyn. W 2011
roku zaobserwowano nieznaczny wzrost zużycia klasycznych tworzyw do produkcji opakowań (z
39% do 39,4%) i w przemyśle motoryzacyjnym (z 7,5% do 8,3%) oraz spadek w budownictwie (z
20,6% do 20,5%) i przemyśle elektrycznym oraz elektronicznym (z 5,6% do 5,4%). Pozostałe branże,
w których zaobserwowano zużycie tworzyw polimerowych to: sport, bezpieczeństwo
i higiena, rozrywka i czas wolny, rolnictwo, przemysł maszynowy, AGD oraz przemysł meblowy.
Rys. 5. Zużycie klasycznych tworzyw polimerowych w Europie z podziałem na branże w 2010 roku
(po lewej stronie) i 2011 roku (po prawej stronie). Źródło: Plastics – The Facts 2012
17
Rys. 6 przedstawia zużycie tworzyw w zależności od rodzaju tworzywa i branży.
Rys. 6. Zużycie klasycznych tworzyw w 2010 roku w zależności od rodzaju tworzywa i branży.
Dodatkowe informacje na temat przemysłu klasycznych tworzyw polimerowych można znaleźć na
stronie Plastics Europe Association:
http://www.plasticseurope.org/plastics-industry/market-and-economics.aspx.
18
3.3. Biodegradowalne tworzywa polimerowe
Poszukując definicji biodegradowalnych tworzyw polimerowych, można znaleźć wiele sprzecznych
określeń. Najprościej mówiąc pojęcie to oznacza, że biodegradowalne tworzywa polimerowe
ulegają rozkładowi biologicznemu. Biodegradacja jest procesem opierającym się na fakcie, że
mikroorganizmy obecne w środowisku, np. bakterie, grzyby i algi, traktują biodegradowalne
tworzyw jako źródło składników odżywczych – pożywienie i trawią je (w procesie tym NIE są
potrzebne żadne dodatki). Proces biodegradacji składa się z równoczesnych lub następujących po
sobie etapów abiotycznych i biotycznych oraz MUSI obejmować etap biologicznej mineralizacji.
Proces biodegradacji rozpoczyna się od fragmentacji, a kończy na mineralizacji, czyli przemianie
węgla organicznego w ditlenek węgla. Na rys. 7. zaprezentowano różnicę pomiędzy degradacją a
biodegradacją. Jeśli proces rozkładu kończy się na etapie fragmentacji, to oznacza, że tworzywo
uległo degradacji. Jeśli pojawia się etap kolejny, czyli mineralizacja, to oznacza, że tworzywo jest
biodegradowalne.
Fragmentacja
Mineralizacja
Rys. 7. Różnica pomiędzy degradacją i biodegradacją.
Jak przedstawiono na rys. 7, biodegradacja to całkowita asymilacja substancji powstałych w wyniku
fragmentacji, stanowiących źródło pożywienia dla mikroorganizmów. Ściślej mówiąc, termin
„biodegradowalność” nie przekazuje informacji na temat procesu, ale wskazuje na całkowitą
przemianę węgla organicznego. Biorąc pod uwagę nieograniczone ramy czasowe, można
stwierdzić, że wszystko jest biodegradowalne. Lepszym określeniem jest „kompostowalność”, które
oznacza biodegradację w warunkach kompostowania przebiegającą w ramach czasowych cyklu
kompostowania.
Proces biodegradacji może przebiegać zarówno w środowisku tlenowym, jak i beztlenowym.
Końcowymi produktami biodegradacji w warunkach tlenowych są ditlenek węgla, woda oraz
biomasa, a w warunkach beztlenowych – metan, woda i biomasa. Uproszczony schemat procesów
został przedstawiony na rys. 8.
Rys. 8. Produkty procesu biodegradacji w warunkach tlenowych i beztlenowych.
19
Jednym z rodzajów biodegradacji jest proces kompostowania, będący metodą recyklingu
organicznego przebiegającą w kontrolowanych tlenowych warunkach obróbki odpadów
organicznych, prowadzącą do przetworzenia przez mikroorganizmy substancji organicznych.
Kompostowalność oznacza całkowitą asymilację biodegradowalnych tworzyw polimerowych w
warunkach kompostowania w ciągu 180 dni. Podczas przemysłowego kompostowania temperatura
w komorze osiąga wartość do 70°C, a sam proces odbywa się w dużej wilgotności. Kompostowalne
tworzywa polimerowe są zdefiniowane w normach krajowych i międzynarodowych, np. EN 13432,
ASTM D6400 i inne. Więcej informacji na temat norm można znaleźć w rozdziale 5 pt. „Systemy
oceny wyrobów polimerowych pod kątem wybranych kryteriów”.
Biodegradowalność polimerów czy tworzyw polimerowych jest ściśle uzależniona od ich struktury
chemicznej . Rodzaj surowców, z których otrzymuje się tworzywa biodegradowalne, nie jest istotna
dla procesu biodegradacji. Polimery biodegradowalne mogą być otrzymywane z surowców
odnawialnych lub kopalnych.
3.3.1. Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców
odnawialnych
Rozwój wiedzy w dziedzinie ochrony środowiska naturalnego, zrównoważonego rozwoju, a także
wyczerpywanie źródeł kopalnych, skłoniły naukowców do poszukiwań alternatywnych źródeł
materiałów. Jednym z rozwijanych kierunków badań były prace nad opracowaniem technologii
wytwarzania polimerów biodegradowalnych ze źródeł odnawialnych. Tworzywa te mogą zastąpić
klasyczne tworzywa polimerowe uzyskiwane z surowców petrochemicznych i charakteryzują się
podobnymi właściwościami.
Produkcję na niewielką skalę biodegradowalnych tworzyw ze źródeł odnawialnych datuje się od roku
1995. Obecnie ich wykorzystanie i skala zastosowań ma znacznie większy zakres. W 2009 roku
światowa produkcja biodegradowalnych tworzyw polimerowych wynosiła 226 tysięcy ton. W 2011
roku zwiększyła się do 486 tysięcy ton (podwojenie produkcji w ciągu dwóch lat).
Główne rodzaje tworzyw biodegradowalnych produkowanych ze źródeł odnawialnych (w tym
produkty chemicznej syntezy monomerów pochodzenia naturalnego, produkty wytworzone przez
mikroorganizmy lub zmodyfikowane bakterie):

poli(kwas mlekowy) (PLA);
 skrobia termoplastyczna (TPS) – mieszanki skrobi z
poliestrami alifatycznymi i kopoliestrami, estry skrobi,
mieszanki skrobi z surowcami naturalnymi;

poliestry pochodzenia mikrobiologicznego:
polihydroksyalkaniany (PHA), w tym kopolimery kwasu
masłowego, walerianowego i heksanowego, PHBV, PHBH;

estry celulozy, celuloza regenerowana;

drewno i inne materiały naturalne.
Rys. 9. Przykłady biodegradowalnych
Na rynku można znaleźć wiele biodegradowalnych tworzyw
tworzyw polimerowych.
polimerowych. Tworzywa, na które warto zwrócić uwagę to:
Źródło: European Bioplastics
polilaktydy (PLAs), kompozycje polimerowo-skrobiowe,
polihydroksyalkaniany (PHAs), a także folie celulozowe nowej
generacji. Charakteryzują się one właściwościami zbliżonymi
do klasycznych tworzyw polimerowych, są atrakcyjne ze względu na rosnące zdolności produkcyjne
oraz cenę. Rys. 9. przedstawia przykłady obecnych na rynku wyrobów z biodegradowalnych
20
tworzyw polimerowych.
Poli(kwas mlekowy) (PLA)
PLA to poliester powstały w wyniku polikondensacji kwasu mlekowego, wytworzonego w procesie
fermentacji skrobi kukurydzianej. PLA stosuje się do produkcji:

produkcji giętkich materiałów opakowaniowych (folie dwuosiowo orientowane, folie
wielowarstwowe z warstwą zgrzewalną),

wytłaczania folii sztywnych i termoformowania,

formowania opakowań metodą wtrysku,

laminowania papieru metodą wytłaczania.
Kompozycje polimerowo-skrobiowe
Znaczący rozwój obserwuje się w zakresie produkcji kompozycji polimerowo-skrobiowych. Są one
stosowane do produkcji folii giętkich i sztywnych do termoformowania, tacek, pojemników,
spienionych materiałów wypełniających wolne przestrzenie w opakowaniach transportowych,
sztywnych opakowań formowanych wtryskowo, a także powlekania papieru i tektury.
Polihydroksyalkaniany (PHA)
PHAs stanowią dużą rodzinę kopolimerów, które w zależności od składu stanowią materiały sztywne
lub miękkie. PHAs można mieszać z innymi biodegradowalnymi tworzywami polimerowymi. Z PHAs
otrzymuje się folię kalandrowaną, a także wyroby formowane wtryskowo.
Folie celulozowe nowej generacji
Nowa generacja kompostowalnych folii celulozowych znajduje coraz więcej zastosowań. Do
najważniejszych właściwości tych materiałów wykorzystywanych do produkcji opakowań należą:

wyjątkowe właściwości optyczne;

barierowość dla tlenu oraz aromatów;

regulowana barierowość paroszczelna;

odporność na temperaturę, tłuszcze, substancje chemiczne;

naturalne właściwości antystatyczne.
3.3.2 Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców kopalnych
Biodegradowalne tworzywa polimerowe można podzielić ze względu na pochodzenie:

opisane w rozdz. 3.3.1 polimery otrzymywane ze źródeł odnawialnych i

polimery uzyskiwane z zasobów kopalnych.
Różnica pomiędzy tymi dwoma rodzajami tworzyw dotyczy tylko pochodzenia surowca, z jakiego są
wykonane. Obie grupy należą do tworzyw biodegradowalnych, które można kompostować. Warto
jednak zauważyć, że podział ze względu na pochodzenie jest tylko teoretyczny, gdyż wielu
producentów stosuje mieszaniny polimerów pochodzących z odnawialnych i kopalnych źródeł.
Przykładowe biodegradowalne polimery pochodzące ze źródeł kopalnych:

syntetyczne poliestry alifatyczne – polikaprolakton (PCL), poli(bursztynian butylenowy) (PBS);

syntetyczne kopolimery alifatyczno-aromatyczne (AAC);

polimery rozpuszczalne w wodzie – poli(alkohol winylowy) (PVAL).
21
3.3.3. Materiały oxodegradowalne
Bardzo często promowanym jako biodegradowalne są materiały oxodegradowalne. Wyroby z takich
materiałów są ogólnodostępne na rynku i często mylnie oznaczane jako biodegradowalne i
przyjazne środowisku.
Podczas procesu produkcji wyrobów do klasycznych tworzyw polimerowych dodawane są specjalne
dodatki (oxodegradowalne), które mają na celu przyspieszenie procesu degradacji polimeru. Wyroby
te po pewnym czasie (kilkanaście lub kilkadziesiąt miesięcy) ulegają fragmentacji i rozpadają się na
małe, czasami niewidoczne dla oka cząstki. Dzięki temu osiąga się pierwszy etap biodegradacji, ale,
niestety, nie potwierdzono kolejnego etapu, który charakteryzuje tworzywa biodegradowalne, czyli
etapu mineralizacji.
Więcej informacji na temat oxodegradowalnych tworzyw polimerowych można znaleźć na
następujących stronach internetowych:




The Society of the Plastics Industry, Bioplastics Council – artykuł dotyczący dodatków o
właściwościach degradujących (http://goo.gl/MoqGJ);
European Bioplastics – artykuł dotyczący brytyjskich norm dla oxodegradowalnych tworzyw
polimerowych (http://goo.gl/GJXJO);
European Bioplastics – artykuł dotyczący oxodegradowalnych tworzyw polimerowych (http://
goo.gl/RvPgi);
European Bioplastics – artykuł dotyczący badań nad oceną cyklu życia toreb handlowych
oxodegradowalnych, kompostowalnych i z klasycznych tworzyw polimerowych (http://
goo.gl/tpwyN).
Porównanie materiałów kompostowalnych oraz oxodegradowalnych przedstawiono na rys. 10.
2
1
3
4
Rys. 10. Porównanie materiałów kompostowalnych (przykład 1 i 2) oraz
oxodegradowalnych (przykład 3 i 4) po 3 miesiącach rozkładu w warunkach laboratoryjnych. Należy
zauważyć, że tworzywo oxodegradowalne nie uległo rozpadowi.
Źródło: COBRO
22
3.4. Klasyczne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców
odnawialnych
W poprzednich rozdziałach omówiono biotworzywa polimerowe, które wykazują zdolność
biodegradacji. Warto także zwrócić uwagę na drugą grupę biotworzyw, zyskującą coraz większą
popularność, tj. niebiodegradowalne tworzywa polimerowe wytwarzane z surowców odnawialnych,
które są odpowiednikami klasycznych tworzyw polimerowych ze źródeł kopalnych. Tworzywa te
posiadają właściwości identyczne do klasycznych tworzyw polimerowych otrzymywanych ze źródeł
kopalnych.
Przykładem tego typu materiału jest tzw. „zielony polietylen”, który powstaje w wyniku reakcji
polimeryzacji etylenu z etanolu otrzymanego w procesie fermentacji surowców roślinnych. Istnieje
kilka rodzajów „zielonego” polietylenu, np. polietylen wysokiej gęstości (HDPE), polietylen niskiej
gęstości (LDPE). Rys. 11 przedstawia proces wytwarzania „zielonego polietylenu”.
Rys. 11. Proces produkcji
„zielonego polietylenu” .
Butelki PET zwane PlantBottle to kolejny przykład zastosowania materiałów otrzymywanych ze źródeł
odnawialnych. Tworzywo, z którego powstają butelki, składa się z kwasu tereftalowego (70% masy) i
z glikolu etylenowego (30% masy). Kwas tereftalowy jest produktem pochodzenia petrochemicznego,
a glikol etylenowy powstaje z etanolu (otrzymanego w procesie fermentacji surowców roślinnych).
Takie butelki łatwo poddają się procesowi recyklingu i mogą być zbierane razem z innymi
(klasycznymi) butelkami PET. Tworzywo PET, pochodzące w części z surowców naturalnych, pozwala
ograniczyć zużycie światowych zasobów kopalnych oraz emisję ditlenku węgla. Na rys. 12.
przedstawiono schemat procesu wytwarzania butelki PlantBottle.
Rys. 12. Proces produkcji
dwóch rodzajów butelek PET:
klasycznej oraz PlantBottle.
23
Obecnie trwają próby wprowadzenia na rynek butelek PET w 100% wyprodukowanych z biomasy.
Butelki Bio-PET będą produkowane z materiałów organicznych takich jak trawa, kora i kukurydza,
które nie są używane do produkcji żywności. W przyszłości planuje się także stosowanie rolniczych
produktów ubocznych (takich jak obierki ziemniaków) i innych bioodpadów. Aby wyprodukować
butelkę PET składającą się w 100% z biomasy, konieczne jest wytwarzanie kwasu tereftalowego ze
źródeł odnawialnych (obecnie na rynku nie jest on dostępny).
Alternatywą dla butelek PET jest inne tworzywo oparte w 100% na surowcach roślinnych – PEF (ang.
poly-ethylene-furanoate), posiadające takie samo zastosowanie jak PET, ale z jeszcze wyższą
barierowością dla ditlenku węgla i tlenu, co doskonale sprawdzi się w branży opakowań żywności.
Na skutek szybkiego rozwoju technologicznego w najbliższej przyszłości niektóre polimery
pochodzenia petrochemicznego będą mogły być wytwarzane ze źródeł odnawialnych.
3.5. Zdolności produkcyjne biotworzyw
W 2011 roku światowe zdolności wytwarzania biotworzyw polimerowych wyniosły 1,161 miliona ton.
Liczba ta jest znacznie mniejsza od wartości światowych możliwości produkcji klasycznych tworzyw
polimerowych (265 milionów ton), ale prognozy na 2016 rok wskazują, że wytwarzanie biotworzyw
wzrośnie do 6 milionów ton rocznie. Rys. 13 przedstawia dane dotyczące światowych zdolności
wytwarzania biodegradowalnych i niebiodegradowalnych tworzyw polimerowych.
Rys. 13. Zdolności produkcyjne tworzyw biodegradowalnych oraz prognoza
na 2016 rok. Źródło: European Bioplastics
Rys. 14 przedstawia możliwości produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na regiony w
2011 roku oraz z prognozą na 2016 rok. W 2011 roku największą zdolność produkcji posiadała Azja
(34,6%), Ameryka Południowa (32,8%), Europa (18,5%) oraz Ameryka Północna (13,7%). Prognozuje
się, że w 2016 roku zdolności produkcyjne zwiększą się do 46,3% dla Azji i 45,1% dla Ameryki
Południowej oraz zmaleją do 4,9% dla Europy i 3,5% dla Ameryki Północnej.
24
Rys. 14. Zdolności produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na regiony w roku 2011
oraz prognoza na 2016 rok. ródło: European Bioplastics
Rys. 15 przedstawia zdolności produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na rodzaj
tworzywa. Rys. 16 obrazuje prognozę zdolności produkcyjnej biodegradowalnych tworzyw z
podziałem na rodzaj tworzywa na rok 2016. Najistotniejsza i najbardziej zauważalna różnica
dotyczy przewidywanego wzrostu zużycia BIO-PET. Stowarzyszenie European Bioplastics
oszacowało, że w 2016 roku ponad 80% rynku biotworzyw polimerowych będzie się wiązać z
produkcją BIO-PET. Ocena opiera się na informacjach pozyskanych od producentów napojów, którzy
deklarują chęć zamiany klasycznych butelek PET na ich odpowiedniki BIO (BIO-PET oraz PEF).
Rys 15. Światowe
zdolności produkcyjne
biodegradowalnych
tworzyw z podziałem
na rodzaj tworzywa.
Źródło: European
Bioplastics
Rys. 16. Prognoza
światowych zdolności
produkcyjnych
biodegradowalnych
tworzyw z podziałem
na rodzaj tworzywa
na rok 2016.
Źródło: European
Bioplastics
25
4. Wyroby zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju i
kryteria oceny
4.1. Model oceny zrównoważonego rozwoju dla tworzyw polimerowych
Unia Europejska definiuje zrównoważony rozwój jako taki, w którym obecne potrzeby zaspokaja się,
mając na uwadze także potrzeby przyszłych pokoleń. Kwestię zrównoważonego rozwoju rozpatruje
się w trzech aspektach: ekonomicznym, społecznym i środowiskowym, które w kontekście
politycznym powinny być traktowane jako równorzędne. Strategia zrównoważonego rozwoju,
przyjęta przez Komisję Europejską w 2001 roku, w 2005 roku została uzupełniona (między innymi) o
nowy cel: integrację zasad ochrony środowiska z polityką Unii Europejskiej mającą wpływ na
środowisko.
Jeśli chodzi o działalność gospodarczą, definicja zrównoważonego rozwoju dotyczy szeroko
pojętych aspektów ekonomicznych, środowiskowych, społecznych i ich wpływu na bieżącą
działalność oraz długofalową strategię przedsiębiorstwa. W branży tworzyw polimerowych
zrównoważony rozwój wiąże się z odpowiedzialnością za wprowadzenie na rynek nowych wyrobów
z uwzględnieniem trzech wspomnianych aspektów. Oznacza to, że nowy wyrób należy oceniać
poprzez jego wpływ na kwestie środowiskowe, społeczne i ekonomiczne. Ocena ta powinna być
prowadzona w całym cyklu życia wyrobu (projektowanie, produkcja, użytkowanie, recykling). Rys.
17. przedstawia obszary zrównoważonego rozwoju.
Rys. 17. Obszary
zrównoważonego
rozwoju
Źródło: Wikipedia
Zgodność z zasadą zrównoważonego powinna być oceniana na wszystkich etapach cyklu życia
wyrobu: od procesu produkcji, przez łańcuch dostaw, pozyskiwanie surowców, metody
przetwórstwa, pakowanie, dystrybucję, użytkowanie, po gospodarkę odpadami, włączając w to
transport. Jednocześnie przedsiębiorstwa powinny dążyć do dorównania konkurencji lub pokonania
jej poprzez ulepszanie funkcjonalności i jakości wyrobów, wypełnianie norm środowiskowych, a
także lepsze gospodarowanie odpadami.
W przypadku tworzyw zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju należy podkreślić, iż duża ich
część spełnia wymogi środowiskowe, ekonomiczne i społeczne w wyższym stopniu niż materiały
tradycyjne jak szkło, metal czy nawet papier. Biotworzywa mogą być zatem postrzegane jako
konkurencyjne w stosunku do klasycznych ropopochodnych tworzyw polimerowych, jeśli chodzi o
zgodność z zasadą zrównoważonego rozwoju.
26
Trudno ustalić jednakowe standardy i jednoznacznie określić, czym jest zrównoważony rozwój dla
poszczególnych tworzyw polimerowych, ponieważ są one szeroko stosowane w różnych sektorach
przemysłu. Z tego względu należy ustanowić pewne standardy podstawowe adekwatne do
wszystkich wyrobów polimerowych, natomiast konkretnych grup użytkowych powinny dotyczyć
standardy szczegółowe.
Poniższe podpunkty przedstawiają koncepcję i różne kryteria oceny zrównoważonego rozwoju z
uwzględnieniem trzech kluczowych aspektów: środowiska, społeczeństwa i ekonomii. Każde
kryterium może być zastosowane do rozmaitych wyrobów z tworzyw polimerowych. Wybór jak
największej liczby adekwatnych kryteriów jest istotny dla przeprowadzenia maksymalnie obiektywnej
oceny.
4.2 Kryteria oceny aspektów środowiskowych
Ocena cyklu życia (LCA)
Metoda LCA służy do oceny oraz porównania wyrobów o podobnym zastosowaniu pod kątem
wpływu na środowisko na poszczególnych etapach cyklu życia i obejmuje różne kryteria. LCA jest
narzędziem, które może przedstawić pełny obraz wpływu określonego wyrobu na środowisko,
począwszy od pozyskiwania surowców potrzebnych do wytworzenia materiału, a na fazie odzysku
lub unieszkodliwiania odpadów kończąc. Potencjalny wpływ danego wtrobu na środowisko jest
określony ilościowo w różnych kategoriach, np. zdrowie ludzkie, jakość ekosystemu i zużycie
zasobów naturalnych. Dany wyrób może wpływać na środowisko poprzez czynniki rakotwórcze,
emisję związków organicznych oraz nieorganicznych, zmianę klimatu, promieniowanie, zniszczenie
warstwy ozonowej, ekotoksyczność, zakwaszenie/eutrofizację, wykorzystanie terenu, zużycie
surowców naturalnych oraz paliw kopalnych.
Rysunki 18. i 19. w prosty sposób obrazują czynniki brane pod uwagę w ocenie cyklu życia oraz
przykład procesów i etapów cyklu życia przykładowego opakowania wraz z granicami oceny
(granica systemu).
Rys. 18. Etapy LCA Źródło: COBRO
27
Rys. 19. Uproszczone drzewo procesów dla opakowań z przykładami obciążeń środowiskowych
Źródło: COBRO
Odpowiedzialne użytkowanie źródeł podczas procesu produkcji
Obecna intensywna eksploatacja nieodnawialnych źródeł (takich jak węgiel, paliwa kopalne czy gaz
ziemny) doprowadzi w przyszłości do wyczerpania ich zasobów, co może mieć katastrofalne skutki
dla następnych pokoleń. Zaleca się zatem wykorzystanie mniejszych ilości materiałów do produkcji
wyrobów oraz użycie źródeł odnawialnych. Ze względu na kwestię odpowiedzialnego korzystania z
zasobów środowiska istotne są emisje gazów pochodzących z procesów produkcji oraz efekt
cieplarniany. Wskaźnik całkowitej ilości gazów cieplarnianych wyprodukowanych bezpośrednio i
pośrednio w poszczególnych etapach cyklu życia wyrobu jest określany pojęciem „carbon footprint”,
czyli ślad węglowy. Zwykle wyraża się go w tonach lub kilogramach ditlenku węgla (CO 2). Przy
uwzględnieniu etapu wytwarzania materiałów opakowaniowych, wg prof. R. Narayana z Michigan
State University, korzystniej w zakresie emisji CO2 wypadają materiały z surowców pochodzenia
roślinnego, w tym polimery biodegradowalne, takie jak polilaktyd (PLA). Wynika to z faktu, że rośliny
asymilują CO2 podczas fotosyntezy. Z tego powodu wielu naukowców dla etapu wytwarzania
materiałów pochodzenia roślinnego zakłada zerowy, a nawet ujemny „carbon footprint”. Więcej
informacji na ten temat można znaleźć w rozdziale 5.
Spełnianie wyższych niż stanowi obowiązujące prawo, w tym dobrowolna certyfikacja w zakresie
ochrony środowiska
W Unii Europejskiej istnieje wiele nieobowiązkowych systemów certyfikacji w zakresie ochrony
środowiska, np.:

certyfikacja wyrobów otrzymywanych ze źródeł odnawialnych;

certyfikacja wyrobów kompostowalnych;

potwierdzenie zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych.
Podane przykłady zostały oznaczone specjalnymi znakami i szerzej opisane w rozdziale 5.
28
4.3. Kryteria oceny aspektów społecznych
Dostępność systemów zbiórki odpadów i technologii odzysku
Podczas wprowadzania na rynek nowych wyrobów należy brać pod uwagę dostępność systemów
zbiórki powstałych z nich odpadów oraz technologii odzysku dostępnych przemysłowo w określonym
regionie. Może się bowiem okazać, że choć wyrób wydaje się przyjazny środowisku, problemy może
stwarzać etap postepowania z odpadami, nie są bowiem dostępne technologie odzysku. Jako
przykład mogą tu posłużyć odpady tworzyw kompostowalnych, które jeśli nie są selektywnie
zbierane z odpadami organicznymi, a deponowane na składowiskach, mają negatywny społeczny
wpływ na środowisko.
Rys. 20. przedstawia sfery organizacyjne i technologiczne, które powinny funkcjonować w
poprawnie działającym systemie recyklingu. Warto przeanalizować powyższy model i ocenić, jak
każdy obszar jest reprezentowany na rynku docelowym.
Rys. 20. Model systemu recyklingu Źródło: COBRO
Wiedza konsumentów i poziom edukacji
Akceptacja społeczna nowych rozwiązań technicznych i technologicznych wymaga wysokiego
poziomu świadomości konsumentów, co z kolei zależy od nakładów finansowych na informację i
edukację. Na wybory konsumentów można także wpłynąć poprzez działania marketingowe czy PR
oraz edukację na różnych poziomach (zajęcia w szkołach/uniwersytetach, seminaria, konferencje
itd.).
Spełnianie oczekiwań konsumenta
Zgodnie z aktualnymi trendami rynkowymi wyroby powinny się charakteryzować: atrakcyjnym
wyglądem, wysokim komfortem użytkowania, ergonomicznym kształtem, trwałością itd. Dążenie do
zrównoważonego rozwoju nie powinno dominować nad kwestiami istotnymi dla konsumentów. W
tym celu należy korzystać z różnych rodzajów badań rynkowych przeprowadzanych na grupie
docelowej.
29
Ocena aspektów społecznych – ukryte koszty związane z końcem cyklu życia
Podjęte przez producentów i konsumentów decyzje w skali mikroekonomicznej wpływają na
pojawienie się „efektów zewnętrznych” lub „efektów społecznych”. Efekty społeczne można
podzielić na:

pozytywne (korzyści społeczne);

negatywne (koszty społeczne).
Pozytywne efekty społeczne mają miejsce, gdy działania producentów i konsumentów korzystnie
wpływają na całe społeczeństwo. Za te korzyści producenci ani konsumenci nie są wynagradzani.
Niekorzystne efekty społeczne pojawiają się, gdy producent lub konsument w wyniku swoich decyzji
generuje dodatkowe koszty dla społeczeństwa, sam ich jednocześnie nie ponosząc. Koszty te są
określane kosztami społecznymi.
4.4. Kryteria oceny aspektów ekonomicznych
Popyt na tworzywa polimerowe
Wprowadzenie nowego wyrobu na rynek i ustalenie jego ceny powinno opierać się na całkowitym
koszcie produkcji danego wyrobu (włączając cenę surowców). Wcześniej należy przeprowadzić
analizę rynku i ocenić potencjalnych konsumentów. Dla przykładu: wyniki sondażu COBRO na temat
polskiego przemysłu opakowań wskazują, że najważniejszymi czynnikami wpływającymi na decyzje
dotyczące produkcji są: cena, właściwości polimeru i jego dostępność. Aż 52% producentów
chciałoby zapłacić za tworzywa zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju taką samą cenę jak za
klasyczne tworzywa petrochemiczne. Tylko 22% producentów dopuszcza możliwość zwiększenia
kosztów do 50%.
Poniższy wykres obrazuje typowy układ podaż-popyt, przedstawiający nadwyżkę
i niedobór produktu, tj. sytuacje, gdy więcej produktów jest potrzebnych niż jest dostarczanych i gdy
więcej produktów jest dostarczanych niż jest potrzebnych. Jednoczesne wystąpienie nadwyżki lub
niedoboru produktu oraz popytu i braku popytu na ten produkt powoduje zachwianie równowagi
rynkowej. W celu zrównoważenia układu popyt-podaż należy zwiększyć lub zmniejszyć cenę
produktu. Ten prosty sposób jest bardzo istotny podczas ustalania strategii cenowej tworzyw
polimerowych.
Rys. 21. Typowy układ podaż-popyt przedstawiający nadwyżkę i niedobór produktu
30
Wybór polimeru – względy ekonomiczne
Rodzaj polimeru może zostać wybrany w wyniku:

analizy rynku;

analizy ryzyka (studium wykonalności);

analizy oferty producentów i dostawców (analiza konkurencji).
Ocena cyklu życia (LCA). Koszty procesów w cyklu życia
Ocena kosztów procesów we wszystkich etapach cyklu życia może zostać przeprowadzona za
pomocą metody LCA. Analiza będzie zawierała pełne studium środowiskowe z dodatkowymi
informacjami o kosztach każdego poszczególnego procesu. Według metody LCA zyski z
poszczególnych procesów powinny być analizowane, a decyzje podejmowane na podstawie
danych dotyczących kosztów.
31
5. Systemy oceny wyrobów polimerowych
wybranych kryteriów
pod kątem
5.1. Certyfikacja kompostowalnych tworzyw polimerowych
Ponieważ pojawiło się wiele wprowadzających w błąd informacji na temat „zielonych tworzyw
polimerowych”, organizacje normalizacyjne ustanowiły normy w dziedzinie biotworzyw. W połowie
lat 90. Komisja Europejska zobowiązała Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN) do opracowania
norm dla opakowań kompostowalnych. W wyniku pracy tego Komitetu powstała norma
EN-13432:2000 (polskie wydanie PN-EN-13432:2002), która jest zharmonizowana z Dyrektywą
94/62/WE dotyczącą opakowań i odpadów opakowaniowych.
Normy wprowadzają zestaw wymagań, które musi spełnić wyrób lub usługa. Można je podzielić na
dwie główne grupy:

zawierające zestaw określonych wymagań wraz z odpowiednimi wartościami, których
spełnienie kwalifikuje do oznaczania specjalnym znakiem. Przykładem takiego zestawu
wymagań jest norma EN-13432 dotycząca kompostowalnych tworzyw polimerowych. Była
ona podstawą do opracowania normy EN-14995 dotyczącej oceny zdolności do
kompostowania tworzyw polimerowych. Zestaw wymagań w tej dziedzinie zawarty jest
również w takich normach jak norma ASTM D6400 (amerykańska), norma ISO 17088
(międzynarodowa) i innych;

zawierające metody badań, oceny, oznaczania lub praktyki. Metody zawierają opis
prowadzenia badań oraz sposób walidowania. Badania określonej cechy kompostowalnego
wyrobu należy przeprowadzić zgodnie z metodą wymieniona w zestawie wymagań.
Znormalizowane wymagania są często podstawą systemów certyfikacji (poza certyfikacją tworzyw
polimerowych z surowców odnawialnych). Certyfikat stanowi potwierdzenie, że wyrób/usługa są
zgodne z określonymi wymaganiami. Ocena zgodności i badania wyrobu przeprowadzane są przy
użyciu odpowiednich metod.
Normy dotyczące kompostowalnych tworzyw polimerowych
Do określana przydatności do kompostowania najczęściej wykorzystywane są wymagania zawarte
we wcześniej wymienionej normie EN-13432. Wyrób kompostowalny powinien spełniać poniższe
wymagania:

poziom zawartości metali ciężkich i innych pierwiastków poniżej limitów ustalonych w
Załączniku A do normy;

przeprowadzona analiza procesu biodegradacji - w ciągu 180 dni musi nastąpić co najmniej
90-proc. przemiana węgla organicznego w CO2 (mineralizacja);

przeprowadzona analiza zdolności do rozpadu w czasie obróbki biologicznej. W ciągu
3 miesięcy (12 tygodni) testów przeprowadzanych w warunkach półprzemysłowego lub
przemysłowego kompostowania nastąpił odpowiedni rozpad materiału (nie więcej niż 10%
suchej masy pozostaje na sicie o średnicy oczek >2 mm);

przeprowadzona analiza ekotoksyczności w celu potwierdzenia, że proces obróbki
biologicznej nie obniża jakości uzyskanego kompostu – pozytywny wynik testów wzrostu roślin
na kompoście uzyskanym z udziałem badanego materiału.
Kompostowanie, inaczej recykling organiczny, to tlenowy proces obróbki biologicznej odpadów. Jest
on prowadzony w warunkach kontrolowanych przy udziale mikroorganizmów, które czerpią energię
z przekształcenia węgla w ditlenek węgla. W wyniku tego procesu uzyskuje się materię organiczną,
zwaną kompostem.
32
Potwierdzenie kompostowalności może zostać wydane w postaci certyfikatu przyznanego na wyrób
finalny. W przypadku surowców (polimerów), półproduktów oraz dodatków możliwe jest uzyskanie
wpisu do rejestru zgodnie z normą EN-13432. Ich producenci nie mogą uzyskać certyfikatów takich
jak producenci wyrobów finalnych. Jeśli natomiast producenci wyrobów finalnych wykorzystują
zarejestrowane materiały unikają zarówno drogich, jak i długotrwałych procedur potwierdzających
kompostowalność.
Jednym z pierwszych państw w Europie, które wprowadziły system certyfikacji biodegradowalnych
tworzyw polimerowych, były Niemcy. Podstawy do opracowania kryteriów certyfikacji stworzyło
Stowarzyszenie Producentów Materiałów Biodegradowalnych (niem. Interessengemeinschaft
Biologisch Abbaubare Werkstoffe, IBAW), które w 2006 r. zmieniło nazwę na European Bioplastics
Association. Rys. 22. przedstawia systemy certyfikacji prowadzone w Europie wraz z różnymi
rodzajami znaków przydatności do kompostowania.
Rys. 22. System certyfikacji biodegradowalnych/kompostowalnych tworzyw polimerowych w
Europie Źródło: PLASTiCE
W Europie wiodącymi jednostkami certyfikującymi są: DIN CERTCO (członek Niemieckiego Institute
for Standardization, DIN) oraz vinçotte. DIN CERTCO współpracuje z wieloma partnerami
działającymi w różnych krajach, m.in. w Niemczech, Szwajcarii, Holandii, Wielkiej Brytanii i Polsce.
Jednostki certyfikujące według systemu VINÇOTTE działają w skali międzynarodowej, poprzez biura
w Belgii i we Włoszech. We Włoszech działa też system CIC (Italian Composting Association
wspólnie z Certiquality). Certyfikacja prowadzona zarówno DIN CERTICO, jak i VINÇOTTE jest
związana z uprawnieniami posiadacza certyfikatu do nanoszenia na wyrobie finalnym specjalnego
znaku o nazwie „Seedling Logo” (Sadzonka), którego właścicielem jest European Bioplastics
Association. Znak ten wskazuje konsumentom, że wyrób po zużyciu należy zbierać razem z innymi
kompostowalnymi odpadami organicznymi. DIN CERTICO, VINÇOTTE, a także CIC posiadają
również swoje własne oznaczenia kompostowalności, które można umieszczać na wyrobie.
33
Rys. 23. przedstawia znaki przydatności do kompostowania, które są umieszczane na wyrobach
certyfikowanych przez: DIN CERTCO, VINÇOTTE oraz CIC.
Rys. 23. Logo „SeedlingTM” oraz „Geprüft” przyznawane przez DIN CERTCO, logo OK COMPOST
przyznawane przez VINÇOTTE oraz logo przydatności do kompostowania przyznawane przez CIC.
Źródło: strony internetowe jednostek certyfikujących: DIN CERTCO, VINÇOTTE oraz CIC
Potwierdzenie kompostowalności w przypadku opakowań przyznawane jest po spełnieniu
poniższych warunków:

wszystkie materiały opakowania oraz jego elementy muszą być kompostowalne (nawet gdy
można je łatwo oddzielić, na przykład kubek do jogurtu oraz pokrywka);

grubość materiału, z którego wykonane jest opakowanie, nie może przekraczać maksymalnej
grubości, przy której ulega on biodegradacji;

opakowanie nie może zawierać dodatków niebezpiecznych dla środowiska, a jego
planowane zastosowanie musi zostać dokładnie opisane. Certyfikat nie zostanie przyznany,
jeśli w skład wyrobu wchodzą dodatki pogarszające jakość kompostu.
W uzupełnieniu do kompostowania przemysłowego DIN CERTCO oraz VINÇOTTE oferują także
certyfikację wyrobów przewidzianych do kompostowania w kompostownikach przydomowych.
Odpowiednie znaki zaprezentowano na rys. 24. W kompostownikach przydomowych kompostuje
znacznie mniejsze ilości odpadów niż w warunkach przemysłowych, a zakres temperatur jest
znacznie niższy. Z tego też powodu kompostowanie „ogrodowe” jest trudniejsze, proces
biodegradacji przebiega zaś wolniej. Przydatność wyrobu do kompostowania w kompostownikach
przydomowych potwierdzają certyfikaty ze znakiem „HOME OK COMPOST”.
Rys. 24. Znaki dla wyrobów kompostowalnych w kompostownikach przydomowych Źródło: strony
internetowe jednostek certyfikujących DIN CERTCO i VINÇOTTE
VINÇOTTE certyfikuje także wyroby biodegradowalne w glebie oraz w wodzie – na te wyroby
nanosi się znaki przedstawione na rys. 25. Te systemy certyfikacji opierają się na wymaganiach
odpowiednich norm i gwarantują, że wyroby są całkowicie biodegradowalne w określonych
warunkach (gleba lub woda) i nie wpływają niekorzystnie na środowisko naturalne. Należy jednak
zwrócić uwagę, że certyfikat biodegradowalności w wodzie nie gwarantuje biodegradowalności w
wodzie morskiej (słonej).
34
Rys. 25. Znaki dla wyrobów biodegradowalnych w glebie oraz w wodzie
Źródło: strona internetowa jednostki certyfikującej Vinçotte
Certyfikację wyrobów kompostowanych w Stanach Zjednoczonych przeprowadza się w oparciu o
normę ASTM D6400. Rys. 26 przedstawia znak przydatności do kompostowania, który przyznaje
amerykańska Rada ds. Kompostowania oraz Instytut Produktów Biodegradowalnych.
Rys. 26. Znak informujący o biodegradowalności i przydatności do kompostowania, potwierdzający
uzyskanie certyfikatu amerykańskiej Rady ds. Kompostowania i Instytutu Produktów
Biodegradowalnych Źródło: strona internetowa instytutu certyfikującego Biodegradable Products
Institute
5.2. Certyfikacja zawartości źródeł odnawialnych
Do oznaczania udziału surowców odnawialnych wykorzystuje się metodę datowania izotopem węgla
14C. Tworzywa składają się z atomów węgla pochodzącego ze źródeł kopalnych lub odnawialnych,
który występuje w naturze jako mieszanina izotopów: 12C, 13C i 14C. Izotop węgla 14C jest
nietrwały, wolno się rozpada i jest obecny we wszystkich żywych organizmach. Węgiel 14C
wchodzący w skład żywych organizmów jest trwały, gdyż zależy od stężenia węgla 14C w
środowisku, które jest stałe ze względu na ciągłą wymianę materii z otoczeniem. Sytuacja zmienia
się, gdy dochodzi do śmierci organizmu – stężenie radioaktywnego izotopu węgla 14C zaczyna
maleć z powodu jego rozpadu. Okres połowicznego rozpadu izotopu 14C wynosi około 5700 lat. W
skali ludzkiego życia proces nie jest widoczny, ale w okresie 50000 lat stężenie izotopu 14C zmaleje
tak bardzo, że nie będzie można go zmierzyć. Oznacza to, że zawartość 14C w zasobach kopalnych
jest znikoma.
Norma ASTM D6866, która opiera się na powyżej opisanym zjawisku, służy do certyfikacji
materiałów, półproduktów, dodatków i wyrobów pochodzących ze źródeł odnawialnych lub z
udziałem takich źródeł.
Instytuty Vinçotte i DIN CERTCO wprowadziły systemy oceny zawartości węgla ze źródeł
odnawialnych w tworzywach polimerowych. Dzięki wdrożonemu systemowi możliwe jest określenie
procentowej zawartości węgla „starego” (ze źródeł kopalnych) i „nowego” (ze źródeł
odnawialnych). Rys. 27. obrazuje różnicę pomiędzy „starym” a „nowym” węglem. „Wiek węglowy”
oznacza czas niezbędny do otrzymania węgla do procesu produkcji wyrobu. Klasyczne tworzywa
polimerowe składają się z węgla pochodzącego ze źródeł kopalnych, liczącego sobie miliony lat.
Tworzywa polimerowe wyprodukowane z materiałów pochodzących ze źródeł odnawialnych
(kukurydza, trzcina cukrowa, ziemniaki itp.) zawierają węgiel, którego cykl obiegu w przyrodzie
wynosi maksymalnie kilka, a dla materiałów wytworzonych z drewna – kilkadziesiąt lat.
35
Rys. 27. Obieg węgla
W Unii Europejskiej pierwszym systemem certyfikacji wyrobów zawierających źródła odnawialne był
system wdrożony przez belgijską jednostkę certyfikująca vinçotte. Certyfikat potwierdzający w
składzie zawartość źródeł odnawialnych jest dostępny dla wyrobów zawierających przynajmniej
20% węgla pochodzącego ze źródeł odnawialnych i dzieli się na cztery grupy:

20–40% zawartości ze źródeł odnawialnych;



powyżej 80% zawartości ze źródeł odnawialnych.
System może być wykorzystany dla różnych wyrobów, w całości lub części pochodzących ze źródeł
naturalnych (z wyłączeniem paliw stałych, płynnych i gazowych). Kryteria oceny stosowane w
certyfikacji są ogólnodostępne. Certyfikowany wyrób musi zawierać co najmniej 30% frakcji węgla
organicznego w przeliczeniu na suchą masę i co najmniej 20% zawartości węgla organicznego ze
źródeł odnawialnych. Analiza opiera się na metodzie B lub C normy ASTM D6866. Certyfikacji nie
podlegają wyroby toksyczne i przeznaczone do zastosowań w medycynie.
Rys. 28 przedstawia znak potwierdzający zawartość w wyrobie surowców ze źródeł odnawialnych.
Liczba gwiazdek umieszczona na tym znaku zależy od procentowej zawartości węgla pochodzącego
ze źródeł odnawialnych.
Rys. 28. Znak VINÇOTTE potwierdzający zawartość w wyrobie źródeł odnawialnych. Źródło: strona
internetowa jednostki certyfikującej VINÇOTTE
36
Certyfikacja DIN CERTCO dla tworzyw polimerowych zawierających źródła odnawialne znajduje
zastosowanie w wielu branżach (poza wyrobami medycznymi, petrochemicznymi i toksycznymi).
Przyznany certyfikat uprawnia do umieszczenia na wyrobie specjalnego znaku, wskazującego na
procentową zawartość źródeł odnawialnych. Certyfikacja prowadzona jest w trzech granicznych
przedziałach procentowych:

Od 20 do 50%;

Od 50 do 85%;

powyżej 85% zawartości źródeł odnawialnych.
Rys. 29. przedstawia znaki wskazujące procentową zawartość węgla pochodzącą ze źródeł
odnawialnych.
Rys. 29. Symbole DIN CERTCO potwierdzające zawartość źródeł odnawialnych
Źródło: strona internetowa jednostki certyfikującej DIN CERTCO
Jeśli wyrób składa się z kilku elementów wykonanych z różnych materiałów, producent jest
zobowiązany certyfikować każdy z nich. Istnieje też możliwość certyfikowania grupy wyrobów, jeśli
są wykonane z tego samego materiału i posiadają podobny kształt, a różnią się jedynie wielkością.
5.3. Certyfikacja – podsumowanie
Rys. 30. Standaryzacja i certyfikacja biotworzyw
37
Rys. 30. przedstawia graficznie zależności między działaniami normalizacyjnymi i certyfikacyjnymi w
zakresie biotworzyw. Biotworzywa to tworzywa polimerowe biodegradowalne i/lub ze źródeł
odnawialnych (według definicji European Bioplastics). Systemy certyfikacji dla tych dwóch rodzajów
biotworzyw są odrębne. Dla tworzyw polimerowych ze źródeł odnawialnych stosuje się jedynie
odpowiednie metody badań, nie ma potrzeby definiowania znormalizowanych wymagań, ponieważ
potrzebne do systemu certyfikacji wyniki są uzyskiwane na podstawie proporcji węgla ze źródeł
odnawialnych w odniesieniu do węgla „starego”. W oparciu o wyniki oznaczeń zawartości
surowców odnawialnych wyrób lub materiał może podlegać certyfikacji.
Biodegradowalne tworzywa polimerowe można podzielić na:

tworzywa polimerowe biodegradowalne w wodzie, dla których ustanowiono znormalizowane
wymagania i metody badań, a także jest rozwijany system certyfikacji;

tworzywa polimerowe biodegradowalne w glebie, dla których ustanowiono metody badań
bez znormalizowanych wymagań, a system certyfikacji jest rozwijany;

tworzywa polimerowe biodegradowalne w warunkach beztlenowych, jedynie metody badań
są rozwijane, nie ustanowiono znormalizowanych wymagań i nie wprowadzono systemu
certyfikacji;

tworzywa polimerowe biodegradowalne w warunkach tlenowych (kompostowalne), które
obejmują:


tworzywa polimerowe przeznaczone do kompostowania przemysłowego, w tej
dziedzinie ustanowiono wiele znormalizowanych wymagań, znormalizowanych metod
badań oraz wdrożono systemy certyfikacji,

tworzywa
polimerowe
przeznaczone
do
kompostowania
w
warunkach
kompostowników przydomowych, normy obejmujące wymagania zostały opublikowane
w 2010 roku, rozwijane są metody badań, a także systemy certyfikacji.
Ze względu na brak potwierdzenia działania mikroorganizmów w procesie rozkładu,
oxodegradowalne tworzywa polimerowe NIE należą do grupy biotworzyw. Dla tworzyw
oxodegradowalnych opracowano znormalizowane metody badań, brak jednak
znormalizowanych wymagań i systemów certyfikacji.
Kwestie związane z normalizacją i certyfikacją biotworzyw są bardzo obszerne, złożone i szybko się
zmieniają. Więcej informacji na ten temat uzyskać można, kontaktując się z wymienionymi
jednostkami certyfikującymi.
38
5.4. Ślad węglowy
cieplarnianych
–
potwierdzenie
redukcji
emisji
gazów
Ograniczenia w emisji gazów cieplarnianych spowodowały rozwój metod obliczania emisji w
przeliczeniu na wyroby przemysłowe, w tym opakowania. Jedną z nich określa się pojęciem „carbon
footprint” lub „carbon profile”, czyli śladem węglowym. Ślad węglowy jest wskaźnikiem określającym
całkowitą ilość wyemitowanego bezpośrednio i pośrednio CO 2 i innych gazów cieplarnianych
podczas całego cyklu ich życia określonego wyrobu.
Najpowszechniej stosowana metoda obliczania śladu węglowego w Europie opiera się na
wyliczeniach zawartych w normie brytyjskiej PAS 2050:2011, opracowanej przez BSI (British
Standards Institution). Rys. 31. przedstawia pięć kroków procedury obliczania śladu węglowego. Rys.
32. ilustruje etapy cyklu życia uwzględniane w obliczeniach wskaźnika „carbon footprint” oraz
potrzebne dane.
Rys. 31. Procedury obliczania śladu węglowego
wg normy PAS 2050:2011
Rys. 32. Etapy cyklu
życia i dane niezbędne
do wyliczenia śladu
węglowego
Pytania kluczowe:
 Jakie zastosowano materiały
 Skąd pochodzą?
 W jaki sposób są dostarczane?
 Jaki rodzaj energii jest zużywany (paliwo, prąd)?
 Co może powodować główną emisję?
W 2007 roku Carbon Trust, organizacja finansowana przez rząd brytyjski, wprowadziła nowe
oznaczenie tworzyw, tzw. etykietę redukcji węgla („carbon reduction label”). Aktualny wzór znaku
znajduje się na rys. 33. Etykieta redukcji węgla oznacza całkowitą wartość emisji ditlenku węgla i
innych gazów cieplarnianych w przeliczeniu na CO 2 towarzyszącą różnym procesom w całym cyklu
życia danego wyrobu (produkcja, transport, dystrybucja, zbiórka i recykling odpadów). Procedury
obliczania redukcji węgla opierają się na normie PAS 2050:2011.
Zamieszczona na wyrobach etykieta redukcji węgla informuje konsumenta o poziomie emisji gazów
cieplarnianych i pomaga dokonać świadomego wyboru przy zakupie, ukazując wpływ danego
wyrobu na środowisko.
39
Rys. 33. Aktualny wzór znaku
potwierdzającego
współpracę
z
Carbon Trust w celu ograniczenia emisji
CO2. Znak ten informuje:
„Współpraca z Carbon Trust. 19 kg
CO2 na m2. Ślad węglowy tego wyrobu
stanowi całkowitą emisję ditlenku
węgla
(CO2)
i
innych
gazów
cieplarnianych w trakcie jego życia, w
tym produkcję, użytkowanie i usuwanie.
Zobowiązaliśmy się do obniżenia śladu
węglowego.”
Producenci współpracujący z Carbon Trust analizują mapy procesów związane z cyklem życia
określonych wyrobów i są w stanie wpływać na rozwiązania techniczne i logistyczne, zmniejszające
emisję gazów cieplarnianych. W pilotażowym projekcie badawczym wzięli udział producenci
następujących wyrobów: sok pomarańczowy, płatki ziemniaczane, środki myjące, żarówki oraz
odzież. Rys. 34. przedstawia przykłady etykiet redukcji węgla zamieszczonych na wyrobach
sprzedawanych przez jedną z sieci sklepów spożywczych.
Rys. 34. Znak redukcji węgla umieszczony na butelce
mleka (należy zwrócić uwagę, że wartość podana na
etykiecie redukcji węgla obejmuje cały proces
powstania mleka, w tym wyprodukowania butelki,
zakrętki, wydrukowania etykiety itd.). Źródło:
http://www.german-retail-blog.com/2012/04/19/
tescos-carbon-footprint/
Kolejnym ważnym przykładem współpracy z Carbon Trust jest znaczący światowy producent
napojów. Rys. 35 przedstawia drzewo procesów cyklu życia określonego napoju. Rys. 36 prezentuje
analizę śladu węglowego dla całego procesu produkcji określonych napojów. Można zauważyć, że
ślad węglowy związany z opakowaniem – butelką szklaną – wynosi 68,5% całkowitych emisji CO2
związanej z produkcją napoju. Wartość ta dla metalowej puszki 0,33 l maleje do 56,4%, dla butelki
PET 0,5 l wynosi 43,2%, a dla butelki PET 2 l równa się 32,9%.
Rys. 35. Schemat procesów związanych z napojami
40
Rys. 36. Udział śladu węglowego różnych rodzajów opakowań w całkowitych emisjach związanych
z produkcja napoju
Przy porównaniu śladu węglowego dla niektórych napojów, najwyższą wartość obserwuje się dla
standardowego napoju w 330-mililitrowej butelce szklanej (1071 g CO2 na litr). Najniższą wartość
ma dietetyczny napój w 2-litrowej butelce (192 g CO2 na litr).
Wyższe wartości śladu węglowego dla standardowych napojów w porównaniu z napojami
dietetycznymi wiążą się z większą zawartością cukru, co powoduje zwiększoną emisję całkowitą.
Rys. 37. Ślad węglowy dla różnych rodzajów napojów i różnych opakowań
41
6. Podsumowanie
Niniejszy przewodnik został opracowany w celu przekazania obiektywnych informacji na temat
biotworzyw oraz pełniejszego zrozumienia pojęcia tworzyw polimerowych zgodnych z zasadą
zrównoważonego rozwoju.
Omówione zostały w nim istotne kwestie dotyczące łańcucha wartości wyrobów z tworzyw
polimerowych w ujęciu zrównoważonego rozwoju, począwszy od podstawowych pojęć w zakresie
materiałów polimerowych, przez charakterystykę biotworzyw i światowe zdolności produkcyjne, a
skończywszy na aspektach składających się na ocenę pod kątem zrównoważonego rozwoju
(środowiskowe, społeczne i ekonomiczne) oraz systemach certyfikacji. Mamy nadzieję, że zakres
tematyczny przewodnika zawiera wszystkie kluczowe zagadnienia. Praktyczne informacje zostały
uwzględnione w załącznikach, gdzie podano przykłady zastosowań biotworzyw oraz wykaz badań i
innych usług oferowanych przez nasze konsorcjum.
Mamy nadzieję, że przewodnik spełnił Państwa oczekiwania. Zapraszamy też do naszego kanału na
YouTube (www.youtube.com/user/plasticeproject), na którym udostępniono użyteczne prezentacje
wideo i wykłady, a także wykłady ekspertów wygłaszane podczas organizowanych przez nas
wydarzeń specjalnych.
42
Załącznik A
Wykaz zastosowań biotworzyw
Wykaz zastosowań biotworzyw został przygotowany z myślą o możliwościach ich wykorzystania w
Państwa przedsiębiorstwie i pokazania, że zakres użytkowy jest znacznie szerszy niż tylko
biodegradowalne torby handlowe – tzw. reklamówki. Wyroby zostały podzielone na różne grupy,
każdy posiada krótki opis możliwych zastosowań wraz z wymienionymi zaletami wynikającymi z
zastosowania biotworzyw.
Jak zdążyli Państwo zauważyć, w przewodniku staraliśmy się unikać używania nazw konkretnych
przedsiębiorstw. Dochodzimy jednak do punktu, w którym niezbędne będzie podanie kilku –
naturalnie nie w celach promocyjnych, ale by zaprezentować wszystkie możliwe zastosowania
biotworzyw. Zamieszczone zdjęcia są w większości własnością European Bioplastics (zakładka
Press/Press pictures), pozostałe zaś zostały opisane źródłem.
Życzymy wielu sukcesów w poszukiwaniu nowych zastosowań biotworzyw.
43
Folie, torby handlowe
Folie z biotworzyw mogą być wykorzystane do produkcji toreb na odpady organiczne, toreb
kompostowalnych, toreb ze źródeł odnawialnych, owinięcia wyrobów spożywczych, folie kurczliwe
do owinięć napojów i inne. Do głównych zalet stosowania biotworzyw należą: aspekt środowiskowy,
zwiększona akceptacja konsumentów, wydłużony okres przechowywania wyrobów na półkach oraz
wykorzystanie w recyklingu organicznym odpadów opakowań kompostowalnych.
Kompostowalna torba
handlowa
Źródło Aldi/BASF
Torba handlowa z Bio PE
Źródło : Lidl Austria
GmbH
Kompostowalna folia do pakowania owoców i warzyw
Źródło : Alesco
Kompostowalna torebka materiałów kosmetycznych
Źródło : FKuR
Kompostowalna torba
handlowa
Źródło : Novamont
Kompostowalna
przezroczysta folia do
owinięć kwiatów
Źródło : FKuR
Kompostowalna kurczliwa folia do napojów
Źródło : Alesco
Kompostowalne owinięcie mydła
Źródło : FKuR, Umbria Olli International
44
Opakowania żywności
Opakowania z biotworzyw znalazły zastosowanie w pakowaniu żywności takiej jak: chleb, ciasta,
owoce i warzywa, słodycze, przyprawy, herbaty, napoje. Na rynku są już dostępne różne rodzaje
takich opakowań. Ich główne zalety to: wydłużony okres przechowywania wyrobów, wysoki poziom
akceptacji wśród konsumentów oraz możliwość kompostowania jako proces unieszkodliwiania
odpadów organicznych.
Bazujące na celulozie biodegradowalne opakowanie
organicznego makaronu
Źródło : Birkel
Kompostowalna siatka na owoce
Author: FKuR
Bazująca na skrobi rozpuszczalna w wodzie,
kompostowalna tacka na pralinki czekoladowe
Źródło: Marks and Spencer
Kompostowalny pojemnik na owoce i warzywa,
wyprodukowany z PLA
Źródło Plastice
Bazujące na celulozie kompostowalne opakowania ziół
i przypraw
Źródło: Innovia Films
45
Kompostowalne opakowania na owoce i warzywa
Źródło: Wentus
Kompostowalne
opakowanie bazujące
na celulozie
Kompostowalne opakowanie bazujące
na celulozie
Kompostowalne opakowanie bazujące na
celulozie
Kompostowalne opakowanie bazujące
na celulozie
Kompostowalne opakowanie
bazujące na celulozie
Kompostowalne opakowanie
bazujące na celulozie
Butelki składające się w 30% z
Butelki składające się w 30% z
Źródło: Coca-Cola
Źródło: Heinz
Butelki
wyprodukowane z
surowców
odnawialnych
Butelki
wyprodukowane
z surowców
odnawialnych
Źródło: Blue Lake
Citrus Products
Źródło:
Sant’Anna –
Fonti di Vinadio
46
Jednorazowe kubki, sztućce i talerze
Opakowania i wyroby jednorazowego użycia są często wykorzystywane przez firmy cateringowe
podczas pikników, imprez na świeżym powietrzu oraz w samolotach.
Generują one ogromną ilość odpadów, a ponadto są trudne w recyklingu ze względu za
zanieczyszczenie pozostałościami pożywienia. Natomiast wyroby jednorazowego użycia wykonane
z materiałów biodegradowalnych mogą być po zużyciu zbierane razem z resztkami pożywienia i
poddawane kompostowaniu, co stanowi ich olbrzymią zaletę.
Kompostowalny kubek do gorących
napojów - papier z warstwą
biotworzywa
Kompostowalne kubki do zimnych
napojów
Źródło: Huhtamaki
Biodegradowalne widelce
Źródło: Novamont
Źródło: Huhtamaki
Miseczki i tacki wyprodukowane z biotworzyw
Źródło: Koser/Tecnaro
47
Biodegradowalne słomki
Wyroby rolnicze i ogrodnicze
Biodegradowalne doniczki, folie do ściółkowania, tacki ze spienionego PLA stosuje się w
ogrodnictwie. Rośliny rosnące w biodegradowalnych doniczkach nie są z nich przesadzane, dzięki
czemu korzenie nie zostają uszkodzone, a doniczka w wyniku kompostowania zmienia się w nawóz
użyźniający glebę.
Folia do ściółkowania, stosowana głównie w uprawach warzyw i zbóż, uniemożliwia rozwój
chwastów oraz zatrzymuje wodę. Po zebraniu plonów folia może zostać zaorana i służyć jako
nawóz, co jest rozwiązaniem bardziej praktycznym i ekonomicznym od zebrania jej z pola,
oczyszczenia z pozostałości gleby i roślin, a następnie poddania recyklingowi. Tacki do rozsadzania
roślin wyprodukowane ze spienionego PLA mają identyczne zastosowanie jak te wykonane ze
spienionego polistyrenu. Zdecydowaną zaletą jest natomiast możliwość ich kompostowania.
Biodegradowalna doniczka
Źródło: Limagrain
Kompostowalna, biodegradowalna
folia do ściółkowania, którą można
zaorać
Źródło: BASF
48
Tacki wytworzone ze spienionego PLA
Źródło: FKuR & Synbra
Elektronika
Trudno nie zgodzić się ze stwierdzeniem, że żyjemy w erze elektroniki. Obudowy komputerów,
telefonów komórkowych, nośników pamięci i innych małych akcesoriów elektronicznych
produkowane są z tradycyjnych tworzyw sztucznych, ponieważ są one lekkie, łatwe do transportu i
jednocześnie wytrzymałe. Jednymi z pierwszych wytwarzanych z biotworzyw wyrobów z sektora
szybko zbywalnych artykułów elektronicznych są: części klawiatury, obudowy telefonów,
odkurzacze, myszki do komputera. Z czasem możliwości zastosowania biotworzyw w sprzęcie
elektronicznym rosną w szybkim tempie.
Biodegradowalna myszka
Klawiatura wyprodukowana z biotworzywa
Źródło: Fujitsu
Źródło: Jujitsu
Biodegradowalne słuchawki wyprodukowane z
Obudowa telefonu wyprodukowana w 40% z
biotworzywa
biotworzyw
Źródło: Michael Young Designer
Źródło: Samsung
Biodegradowalne i/lub biopochodne obudowy
telefonów
Biodegradowalne obudowy telefonów
Źródło: Ventev InnovationsTM
49
Źródło: Api Spa – Biomood Srl
Odzież
Obecnie w produkcji obuwia czy materiałów syntetycznych klasyczne tworzywa i materiały naturalne
są wypierane przez biotworzywa. Z tych ostatnich szyje się suknie ślubne, kurtki, a nawet produkuje
obuwie (biotworzywa polimerowe są doskonałą biodegradowalną alternatywą dla skóry). Wartość
dodaną stanowi tu wszechstronność zastosowania, nawet do najnowocześniejszego obuwia wysokiej
jakości.
Kurtka uszyta z materiału
wyprodukowanego
w części z biotworzyw
Źródło: DuPont
Biodegradowalna suknia
ślubna
Biodegradowalne buty
Źródło: ecouterre.com – Gucci
Źródło: Gattinoni
50
Artykuły higieniczne i kosmetyczne
Artykuły higieniczne i kosmetyczne są źródłem ogromnej ilości odpadów, dlatego też konieczność
wprowadzenia opakowań z materiałów bardziej przyjaznych dla środowiska wydaje się w tym
przypadku oczywista. Niektórzy producenci stosują biodegradowalne tworzywa, inni zamienili
klasyczne opakowania z materiałów pochodzących ze źródeł kopalnych na zgodne z zasadą
zrównoważonego rozwoju materiały polimerowe ze źródeł odnawialnych. Zagospodarowanie
odpadów powstałych po zużyciu opakowań wykonanych z takich materiałów jest bardzo proste.
Biodegradowalne opakowania
kosmetyków
Źródło: Sidaplax
kosmetyków Źródło: FKuR
kosmetyków
Źródło: Cargo Cosmetics
Kompostowalna szczoteczka do zębów (włosie nie jest kompostowalne!)
Źródło: World Centric
kosmetyków do pielęgnacji włosów
i ciała
kosmetyków do pielęgnacji włosów i
ciała
Opakowania ze źródeł
odnawialnych kosmetyków do
pielęgnacji włosów i ciała
Źródło: Sidaplax
Źródło: Eudermic/Natureworks
Źródło: Procter&Gamble
51
Tekstylia – gospodarstwo domowe i motoryzacja
Jak już Państwo zauważyli, biotworzywa znajdują szeroki zakres zastosowań. Jednym z możliwych jest
wytwarzanie artykułów włókienniczych. Do produkcji tekstyliów mogą być wykorzystywane różne rodzaje
tworzyw, jednak specjaliści komunikacji społecznej kładą duży nacisk na te pochodzące ze źródeł
odnawialnych, mimo iż niektóre są także biodegradowalne.
Wyroby wytwarzane z takich tekstyliów posiadają niemal identyczne podobne właściwości i jakość jak
klasyczne wyroby (np. dywany, materiały obiciowe itp.).
Dywan wyprodukowany z
biotworzywa
Materiał obiciowy
wyprodukowany z biotworzywa
Wypełnienie poduszki wyprodukowane z
biotworzywa
Źródło: DuPont
Źródło: Tango Biofabric. Tejin
Źródło: Paradies GmbH
Tekstylia wyprodukowane z biotworzywa BIO-PET w bagażniku
Toyoty
Termoodporne obicie fotela samochodowego
wyprodukowane w 100% z biotworzywa
Źródło: http://goo.gl/V4mIJ
Źródło: Mazda Motor Corporation, Teijin
Motoryzacja
Jak już wspomniano wcześniej, biotworzywa wykorzystuje się do wytwarzania materiałów i
elementów wyposażenia wnętrz samochodów. Są też używane w produkcji innych artykułów
motoryzacyjnych, które muszą spełniać specyficzne wymogi, np. przewód paliwowy
wyprodukowany z nylonu pochodzącego ze źródeł odnawialnych.
Przewód paliwowy wykonany z nylonu pochodzącego
ze źródeł odnawialnych (odporny na działanie
biopaliw, ekstremalne temperatury i naprężenia
mechaniczne) Źródło: DuPont
Obudowa poduszki powietrznej wykonana
z tworzywa polimerowego ze źródeł odnawialnych
biobased
Źródło: DuPont
52
Sport
Dzięki tworzywom sztucznym uprawianie sportu stało się tańsze. Gadżety i odzież sportowa są w
większości wykonane z tych materiałów. Również biotworzywa powoli wchodzą na ten obszar.
Poniżej zamieszczono przykłady wyrobów z biotworzyw.
Biodegradowalne miękkie naboje Biodegradable
airsoft pellets - biodegradowalne naboje do gry w
airsoft!!!Źródło: Wikimedia Commons
Biodegradowalny kołeczek golfowy
Źródło: EcoGolf
Buty narciarskie wykonane z surowców
odnawialnych
Buty narciarskie wykonane w 80% z surowców
Źródło: Salomon
Źródło: Atomic
odnawialnych
Siedzenia na stadionie ArenA wykonane z PE ze źródeł odnawialnych biobased
53
Inne
Poniżej przedstawiono niektóre z zastosowań biotworzyw, których nie uwzględniono w żadnej z
wymienionych grup.
Biodegradowalny ołówek
Torba podróżna wyprodukowana w 100%
z surowców odnawialnych
Źródło: Telles, Metabolix
Źródło: Arkema
Biopochodne i biodegradowalne zabawki
Biopochodne i biodegradowalne zabawki
Źródło: BioFactur
Źródło: Metabolix Zoe b
Biodegradowalne wieszaki z „ciekłego drewna”
Kołki Fisher UX wykonane z tworzyw
biodegradowalnych
Źródło: Benetton Group
Źródło: fischerwerke, Waldachtal
Oprawki okularów wyprodukowane z surowców
odnawialnych
Oprawki okularów wyprodukowane z surowców
Źródło: Tanaka Foresight Inc., Teijin
Źródło: Arkema
odnawialnych
54
Załącznik B
Schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów biodegradowalnych
Rozwój łańcucha wartości zrównoważonego rozwoju tworzyw polimerowych w
Europie Centralnej
Pakiet zadaniowy 3
Opracowanie mapy drogowej
– od nauki do innowacji w łańcuchu wartości
WSPÓLNY (PONADNARODOWY) SCHEMAT BADAŃ I ROZWOJU
W ZAKRESIE POLIMERÓW BIODEGRADOWALNYCH
55
Wprowadzenie
W okresie ostatnich lat Konsorcjum PLASTiCE było zaangażowane w badania podstawowe
i stosowane nad różnymi etapami łańcucha wartości biodegradowalnych tworzyw polimerowych.
Chociaż każda z biorących udział w projekcie instytucji jest pod względem teoretycznym
przygotowana do realizacji większości usług badawczych, w praktyce każda z nich specjalizuje się w
innej dziedzinie badań i rozwoju. Aby lepiej spełniać potrzeby producentów polimerów
biodegradowalnych i tworzyw polimerowych w Europie Centralnej oraz wspomóc proces
wprowadzenia nowych rozwiązań na rynek, Konsorcjum PLASTiCE rozpoczęło tworzenie
ponadnarodowego schematu badań i rozwoju.
Dzięki współpracy siedmiu instytucji badawczo-rozwojowych z czterech krajów, wspólny schemat
badań i rozwoju oferuje ściśle dostosowane do potrzeb rozwiązania dla przedsiębiorstw z Europy
Centralnej zaangażowanych we wprowadzenie na rynek nowych zastosowań polimerów
biodegradowalnych. W celu uzyskania dalszych informacji na temat współpracy z PLASTiCE
zapraszamy do kontaktu z lokalną instytucją badawczo-rozwojową.
Dane kontaktowe partnerów prowadzących badania. (P)
Włochy i
Austria
Uniwersytet Boloński, Wydział Chemiczny „G. Ciamician” (P1)
prof. Mariastella Scandola, kierownik Polymer Science Group
Tel./Fax: +39 0512099577/+39 0512099456
E-mail: [email protected]
Czechy i
Słowacja
Instytut Polimerów Słowackiej Akademii Nauk (P2)
prof. Ivan Chodak, samodzielny pracownik naukowo-badawczy
Tel./Fax: +421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923
Politechnika Słowacka w Bratysławie (P3)
prof. Dušan Bakoš
Tel./Fax: +421 903 238191, +421 2 59325439, fax +421 2 52495381
Słowenia i
kraje
bałkańskie
Narodowy Instytut Chemii (P4) Laboratorium Chemii i Technologii Polimerów
Andrej Kržan, starszy pracownik naukowo-badawczy
Tel./Fax: +386 1 47 60 296
Centrum Doskonalenia Materiałów I Technologii Polimerów (P5)
Urska Kropf, pracownik naukowo-badawczy
Tel./Fax: +386 3 42 58 400
Polska i kraje
bałtyckie
Polska Akademia Nauk, Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych (P6)
Prof. Marek Kowalczuk, kierownik Pracowni Materiałów Biodegradowalnych
Tel./Fax: +48 32 271 60 77/+48 32 271 29 69
COBRO - Instytut Badawczy Opakowań (P7)
Prof. Hanna Żakowska, kierownik Centrum Badań i Rozwoju Opakowań
Tel./Fax: +48 22 842 20 11 ext. 18
56
Zakres badań i prac rozwojowych
PLASTiCE oferuje usługi w zakresie badań i rozwoju materiałów polimerowych PLA i PHA, materiałów
wyprodukowanych ze skrobi itd., dopasowane do konkretnych potrzeb przemysłu.
Poniższa tabela przedstawia przegląd obszarów specjalizacji partnerów konsorcjum.
Pełne dane partnera przedstawiono w tabeli powyżej, wraz z odpowiadającym mu skrótem w
formacie (P)
Obszar badań
PLA, PHA,
materiały
wyprodukowane ze
skrobi
Inne materiały
Charakterystyka polimerów dostępnych na rynku:


P2, P3, P6
P2, P3, P6
P1, P2, P3, P5
P1, P2, P5
P2, P5, P6
P2, P5, P6
P5, P6
P5, P6
P2, P3, P5
P2, P3, P5
P2, P3, P5, P6
P2, P3, P5, P6
P2, P3, P5
P2, P3, P5
P2, P3, P5
P2, P3, P5
P2, P3, P5
P2, P3, P5
folie
P3, P5*, P6
P3, P5*, P6
opakowania twarde
P3, P5*, P6
P3, P5*, P6
opakowania giętkie
P3, P6
P3, P6
folie do ściółkowania
P3, P6
P3, P6
P2
P2
P5*, P6
P5*, P6
P4, P2, P6, P7
P4, P2, P6, P7
P2, P6, P7
P2, P6, P7
P2, P3, P1, P5, P6, P7
P2, P3, P1, P5, P6, P7
Skład i struktura molekularna
Właściwości ciał stałych
Modyfikacja właściwości chemicznych polimerów:


Modyfikacja za pomocą polimerów modyfikujących
Polimery funkcjonalne
Modyfikacja właściwości fizycznych polimerów:

Modyfikacja za pomocą dodatków

Mieszaniny polimerów

Kompozyty polimerowe, w tym nanokompozyty
Przetwarzanie:

Reologia, parametry procesów

Homogenizacja (z zastosowaniem mieszalników
wewnętrznych, wytłaczarek jedno- i dwuślimakowych)
Produkcja przemysłowa:






materiały spienione
materiały powlekane
Właściwości zastosowań wyrobów polimerowych:



właściwości starzeniowe tworzyw polimerowych
barierowość tworzyw polimerowych (przenikanie gazów)
właściwości termiczne i mechaniczne

trwałość i okres przechowywania (kontakt z żywnością,
P7
zgodnie z Dyrektywą Unijną EX 2002/72)
Badania biodegradacji i kompostowalności (zgodnie z normami EN, ASTM i ISO):

w warunkach laboratoryjnych

w tlenowych miejskich i przemysłowych
*: we współpracy z partnerami
57
P7
P3*, P5, P6, P7
P3*, P5, P6, P7
P6
P6
Międzynarodowy schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów
biodegradowalnych
Obszary
usług
badawczych
Charakterystyka polimerów obecnych na rynku
Właściwości ciał stałych (termalne, mechaniczne, strukturalne, morfologiczne)
Analiza stabilności cieplnej (temperatury rozkładu) materiałów jedno- i
wieloskładnikowych (analiza termograwimetryczna w zakresach temperatur
od pokojowej do 900°C w atmosferze gazów obojętnych lub powietrzu)
Analiza stabilności cieplnej substancji lotnych oraz spektrometria mas (przy
zastosowaniu TGA-MS, w zakresach temperatur od pokojowej do 900°C w
atmosferze gazów obojętnych)
Opis
działalności
badawczej
Analiza przemiany cieplnej (temperatura zeszklenia, krystalizacji, topnienia, z
oceną temperatury przejścia i przyrostów ciepła właściwego, entalpie
krystalizacji i topnienia, różnicowa kalorymetria skaningowa, w zakresach
temperatur od -100°C do 250°C, chłodzenie ciekłym azotem) – 2 cykle dla
próbki
2-4 tygodnie
zależnie od ilości
próbek
Ocena właściwości mechanicznych w temperaturze pokojowej (współczynnik
sprężystości, naprężenia i odkształcenia do granicy plastyczności i złamania w
próbie rozciągania z analizą wyników dla przynajmniej 8 próbek)
2-5 tygodni
zależnie od ilości
próbek
Ocena relaksacji lepkosprężystych (dynamiczna analiza mechaniczna w trybie
jedno- lub wieloczęstotliwościowym, w zakresach temperatur od -100°C do
250°C)
Structural analysis of the crystal phase (by wide angle X-ray powder
diffraction)
Co
otrzymuje
klient
Report on the physical properties of the analysed polymers
Obszary
usług
badawczych
Charakterystyka polimerów obecnych na rynku
Skład i struktura cząsteczkowa
Co
otrzymuje
klient
3-4 weeks
2 weeks
Przybliżony czas
oczekiwania na
wyniki badania
Ocena właściwości ciała stałego z zastosowaniem spektroskopii podczerwieni
(fourierowski spektrometr podczerwieni, FTIR)
Opis
działalności
badawczej
Przybliżony czas
oczekiwania na
wyniki badania
3 dni robocze
(pojedyncza
próbka), 1-2
tygodnie
(do 10 próbek)
3 dni robocze
(pojedyncza
próbka),1-2
tygodnie (do 10
próbek)
Oznaczenie rozpuszczalności i określenie zawartości procentowej polimeru w
tworzywie (analiza chemiczna)
Oznaczenie polimeru w tworzywie za pomocą spektroskopii magnetycznego
rezonansu jądrowego (NMR)
1-2 tygodnie
1-3 tygodnie
1-3 tygodnie
Oznaczenie ciężaru cząsteczkowego polimeru metodą chromatografii żelowej
(GPC)
1-3 tygodnie
Analiza dodatków z zastosowaniem spektrometru mas LCMS-IT-TOF
(hybrydowego spektrometru mas z opcją pułapki jonowej, z rozdzielnością i
dokładnością mas tandemowej spektrometrii mas)
1-3 tygodnie
Oznaczanie biodegradowalnych kopolimerów PHA z zastosowaniem
tandemowej spektrometrii masowej umożliwiającej sekwencyjną fragmentację
(ESI-MSn)
1-3 tygodnie
Raport na temat struktury molekularnej badanego tworzywa oraz charakterystyki zastosowanych
dodatków
58
Obszary
usług
badawczych
Opis
działalności
badawczej
Modyfikacja właściwości polimerów na drodze chemicznej:
Modyfikacja za pomocą dodatków modyfikujących
Polimery funkcjonalne
Synteza chemicznych środków modyfikujących
1 miesiąc – 2 lata
Oznaczenie właściwości fizycznych materiałów polimerowych
3 dni – 2 tygodnie
Modyfikacja polimerów w celu uzyskania określonych właściwości:
usieciowanie polimerów dla lepszej odporności na rozpuszczalniki
Modyfikacja polimerów w celu uzyskania określonych właściwości:
zwiększenie polarności powierzchni dla łatwiejszego nadrukowywania lub
przyczepności, zwiększenie stabilności cieplnej i oksydacyjnej
Co otrzymuje
klient
Standardowe komercyjne polimery posiadające określone właściwości
Obszary
usług
badawczych
Modyfikacja właściwości polimerów na drodze fizycznej:
Modyfikacja za pomocą dodatków,
Mieszaniny polimerów,
Kompozyty polimerowe, w tym nanokompozyty
Opis
działalności
badawczej
Modyfikacja właściwości określonego polimeru poprzez uzupełnienie o
dodatki o niskiej masie cząsteczkowej, np. plastyfikatory, wypełniacze,
stabilizatory, lub poprzez mieszanie z małymi ilościami innego polimeru w celu
uzyskania pożądanych właściwości
Mieszanie dwóch polimerów w pełnych zakresach stężeń, w celu uzyskania
pożądanych właściwości stosuje się modyfikację powierzchni międzyfazowej
i kompatybilizację składników
Przygotowanie kompozytów pochodzących z macierzy polimerowej z
dopasowanymi właściwościami otrzymanymi w wyniku modyfikacji
powierzchni międzyfazowej
Co otrzymuje
klient
Obszary
usług
badawczych
Opis
działalności
badawczej
Przybliżony czas
oczekiwania na
wyniki badania
Przybliżony czas
oczekiwania na
wyniki badania
(lub dłużej)
(lub dłużej)
(lub dłużej)
Raport na temat alternatyw dla kompatybilizacji różnych biodegradowalnych mieszanin
polimerowych
Przetwarzanie:
Reologia, parametry procesów
Homogenizacja (z zastosowaniem mikserów, wytłaczarek)
Przybliżony czas
oczekiwania na
wyniki badania
Wybór najbardziej obiecujących mieszanin biodegradowalnych polimerów dla
danego zastosowania, propozycje zastosowań
1 dzień – 3
miesiące
Określanie parametrów procesów
1-4 tygodnie
Co otrzymuje
klient
Raport na temat parametrów procesów wybranych biodegradowalnych polimerów, polecane
metody przetwarzania, w tym niezbędne wyposażenie w sprzęt oraz typowe parametry procesów
Obszary
usług
badawczych
Badania dotyczące przetwarzania przemysłowego: folie, opakowania
sztywne, opakowania giętkie, folie ogrodnicze, materiały spienione, materiały
powlekane
Produkcja folii w skali laboratoryjnej: badania nad technologią produkcji,
badania nad mieszaniem polimerów, produkcja wzorcowej serii (wytłaczarka
dwuślimakowa [MiniLab II] sprzężona z wtryskarką [MiniJet II] marki HAAKE,
podajnik, ciągłe wytłaczanie małych objętości, mini wtryskarka pozwala na
wyprodukowanie małych ilości wyrobu na potrzeby badań, możliwość
ciągłego zapisywania danych o odkształcaniu)
Opis
działalności
badawczej
Co otrzymuje
klient
Przybliżony czas
oczekiwania na
wyniki badania
1-2 tygodnie
Produkcja opakowań giętkich w skali laboratoryjnej
1-2 tygodnie
Wsparcie przy produkcji pilotażowej
1 dzień – 6 tygodni
Kontrola właściwości mechanicznych wyrobu podczas procesu produkcji:
pomiary właściwości mechanicznych za pomocą maszyny wytrzymałościowej
Instron 4204
1-2 tygodnie
Kontrola właściwości molekularnych wyrobu podczas procesu produkcji
1-3 tygodnie
Raport na temat stabilności w odniesieniu do składu opakowania
59
Obszary
usług
badawczych
Badanie właściwości zastosowań wyrobów polimerowych wykorzystywanych
do produkcji opakowań: Właściwości starzeniowe tworzyw polimerowych,
Barierowość tworzyw polimerowych (przepuszczalność gazów), Właściwości
termiczne i mechaniczne , Trwałość i okres przechowywania (kontakt z
żywnością, zgodnie z Dyrektywą Unijną E10/2011)
Xenotest – metoda służąca do przyśpieszonych badań starzeniowych dla
wyrobów włókienniczych
Oznaczanie całkowitego węgla organicznego i zawartości źródeł
odnawialnych w tworzywach polimerowych
Opis
działalności
badawczej
4 miesiące*
1 miesiąc*
Badanie przepuszczalności gazowej (para wodna, tlen, dwutlenek węgla)
2 tygodnie*
Oznaczanie możliwości rozciągania (naprężenia przy zerwaniu, wydłużenie
przy zerwaniu, współczynnik sprężystości itd.)
2 tygodnie*
Oznaczanie odporności na zerwanie
2 tygodnie*
Oznaczanie odporności na zerwanie za pomocą metody swobodnego spadku
2 tygodnie*
Właściwości zgrzewania (maksymalne obciążenie przy przerwaniu, oporność
zgrzewania itd.)
2 tygodnie*
Badanie Hot-tack zgrzewania
2 tygodnie*
Skaningowa kalorymetria różnicowa (DSC) i fourierowska spektrometria
podczerwieni (FTIR)
Analiza sensoryczna
1 tydzień*
1-1,5 miesiąca*
Ogólne i specyficzne badanie migracji z pożywienia substancji o niskiej masie
cząsteczkowej
Badanie zawartości monomerów w tworzywach polimerowych i emisji
substancji lotnych
Co otrzymuje
klient
Przybliżony czas
oczekiwania na
wyniki badania
2 miesiące*
1 miesiąc*
Analiza tworzyw biodegradowalnych/ze źródeł odnawialnych i ich właściwości. Raport i analiza
właściwości tworzyw polimerowych do zastosowań związanych z opakowaniami
*Średni czas wykonania usługi, w tym przygotowanie, badanie, analiza; czas zależy od dostępności laboratorium
Obszary
usług
badawczych
Opis
działalności
badawczej
Badanie biodegradacji i kompostowalności (zgodnie z normami EN, ASTM i
ISO) w warunkach laboratoryjnych, w tlenowych miejskich i przemysłowych
kompostowniach
Badanie dezintegracji i kompostowalności w warunkach laboratoryjnych:
badania wstępne nad biodegradowalnością opakowań z zastosowaniem
symulowanych warunków kompostowania w skali laboratoryjnej zgodnie z
normą EN 14806:2010
4 miesiące
Badania degradacji i kompostowalności przeprowadzane w warunkach
laboratoryjnych: badanie degradacji hydrolitycznej w wodzie lub buforze
(badanie degradacji polimerów biodegradowalnych w celu ustalenia
zachowania się w środowisku starzejącym)
Od kilku tygodni do
6 miesięcy, w
zależności od
rodzaju tworzyw i
standardu
Badania degradacji i kompostowalności przeprowadzane w warunkach
laboratoryjnych: degradacja w kompoście z zastosowaniem respirometru
Micro-Oxymax S/N 110315 Columbus Instruments w celu pomiaru CO2
zgodnie z normą PN-EN ISO 14855-1:2009 – Oznaczanie całkowitej
biodegradacji tlenowej tworzyw sztucznych w kontrolowanych warunkach
kompostowania – Metoda pomiaru wydzielonego dwutlenku węgla – Część 2.
Pomiar grawimetryczny dwutlenku węgla wydzielonego podczas badań
laboratoryjnych
Od kilku tygodni do
6 miesięcy, w
zależności od
rodzaju tworzyw i
standardu
(Badania (bio)degradacji i kompostowalności przeprowadzane w
kompostowniach (badanie tworzywa biodegradowalnego w przemysłowych
warunkach kompostowania lub kompostowniach systemu KNEER)
Od kilku tygodni do
6 miesięcy, w
zależności od
rodzaju tworzyw i
standardu
Certyfikacja wyrobów kompostowalnych związana z oznaczeniem znakiem
„kompostowalny” (we współpracy z DIN CERTO, członek Niemieckiej
Organizacji Standaryzacji DIN)
Co otrzymuje
klient
Przybliżony czas
oczekiwania na
wyniki badania
2-4 miesiące
Raport dotyczący zachowań nowych tworzyw polimerowych podczas testów dezintegracji i/lub
biodegradacji Możliwość uzyskania certyfikatu
60
61
Better plastics produce less waste
62

This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed... 1

Transkrypt

Podobne dokumenty

Broszura ogólna

Tworzywa sztuczne – Fakty 2015

DPD Dodatkowe zalecenia - elektronika i sprzęt RTV AGD

Tendencje w recyklingu tworzyw sztucznych

Rysunek architektoniczno

Andrzej Cwynar, Katedra Finansów i Bankowości WSIiZ - e