Τι θα γινόταν αν τα σύνθετα υλικά από πολυμερές ενισχυμένο με υαλονήματα (GFRP) μπορούσαν να κομποστοποιηθούν στο τέλος της ωφέλιμης ζωής τους, επιπλέον των δεκαετιών αποδεδειγμένων οφελών της μείωσης βάρους, της αντοχής και της ακαμψίας, της αντοχής στη διάβρωση και της ανθεκτικότητας; Αυτή, με λίγα λόγια, είναι η ελκυστικότητα της τεχνολογίας της ABM Composite.
Βιοενεργό γυαλί, ίνες υψηλής αντοχής
Η Arctic Biomaterials Oy (Τάμπερε, Φινλανδία), η οποία ιδρύθηκε το 2014, ανέπτυξε μια βιοδιασπώμενη ίνα γυαλιού κατασκευασμένη από το λεγόμενο βιοενεργό γυαλί, την οποία ο Ari Rosling, διευθυντής Έρευνας και Ανάπτυξης στην ABM Composite, περιγράφει ως «μια ειδική σύνθεση που αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1960 και επιτρέπει την αποικοδόμηση του γυαλιού υπό φυσιολογικές συνθήκες. Όταν εισάγεται στο σώμα, το γυαλί διασπάται στα συστατικά του μεταλλικά άλατα, απελευθερώνοντας νάτριο, μαγνήσιο, φωσφορικά άλατα κ.λπ., δημιουργώντας έτσι μια κατάσταση που διεγείρει την ανάπτυξη των οστών».
«Έχει παρόμοιες ιδιότητες μευαλοβάμβακας χωρίς αλκάλια (E-glass)«Ωστόσο, αυτό το βιοενεργό γυαλί είναι δύσκολο να κατασκευαστεί και να ενσωματωθεί σε ίνες και μέχρι τώρα έχει χρησιμοποιηθεί μόνο ως σκόνη ή στόκος. Από όσο γνωρίζουμε, η ABM Composite ήταν η πρώτη εταιρεία που κατασκεύασε ίνες γυαλιού υψηλής αντοχής από αυτό σε βιομηχανική κλίμακα και τώρα χρησιμοποιούμε αυτές τις ίνες γυαλιού ArcBiox X4/5 για την ενίσχυση διαφόρων τύπων πλαστικών, συμπεριλαμβανομένων των βιοδιασπώμενων πολυμερών».
Ιατρικά εμφυτεύματα
Η περιοχή του Τάμπερε, δύο ώρες βόρεια του Ελσίνκι της Φινλανδίας, αποτελεί κέντρο βιοδιασπώμενων πολυμερών για ιατρικές εφαρμογές από τη δεκαετία του 1980. Ο Ρόσλινγκ περιγράφει: «Ένα από τα πρώτα εμπορικά διαθέσιμα εμφυτεύματα που κατασκευάστηκαν με αυτά τα υλικά κατασκευάστηκε στο Τάμπερε και έτσι ξεκίνησε η ABM Composite!, η οποία τώρα αποτελεί την ιατρική μας επιχειρηματική μονάδα».
«Υπάρχουν πολλά βιοδιασπώμενα, βιοαπορροφήσιμα πολυμερή για εμφυτεύματα», συνεχίζει, «αλλά οι μηχανικές τους ιδιότητες απέχουν πολύ από το φυσικό οστό. Καταφέραμε να ενισχύσουμε αυτά τα βιοδιασπώμενα πολυμερή προκειμένου να δώσουμε στο εμφύτευμα την ίδια αντοχή με το φυσικό οστό». Ο Ρόσλινγκ σημείωσε ότι οι ίνες γυαλιού ιατρικής ποιότητας ArcBiox με την προσθήκη ABM μπορούν να βελτιώσουν τις μηχανικές ιδιότητες των βιοδιασπώμενων πολυμερών PLLA κατά 200% έως 500%.
Ως αποτέλεσμα, τα εμφυτεύματα της ABM Composite προσφέρουν υψηλότερη απόδοση από τα εμφυτεύματα που κατασκευάζονται με μη ενισχυμένα πολυμερή, ενώ παράλληλα είναι βιοαπορροφήσιμα και προάγουν τον σχηματισμό και την ανάπτυξη των οστών. Η ABM Composite χρησιμοποιεί επίσης αυτοματοποιημένες τεχνικές τοποθέτησης ινών/κλώνων για να διασφαλίσει τον βέλτιστο προσανατολισμό των ινών, συμπεριλαμβανομένης της τοποθέτησης ινών κατά μήκος ολόκληρου του μήκους του εμφυτεύματος, καθώς και της τοποθέτησης πρόσθετων ινών σε πιθανώς αδύναμα σημεία.
Οικιακές και τεχνικές εφαρμογές
Με την αναπτυσσόμενη ιατρική επιχειρηματική της μονάδα, η ABM Composite αναγνωρίζει ότι τα βιοδιασπώμενα πολυμερή μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για μαγειρικά σκεύη, μαχαιροπίρουνα και άλλα είδη οικιακής χρήσης. «Αυτά τα βιοδιασπώμενα πολυμερή έχουν συνήθως κακές μηχανικές ιδιότητες σε σύγκριση με τα πλαστικά με βάση το πετρέλαιο». Ο Rosling δήλωσε: «Αλλά μπορούμε να ενισχύσουμε αυτά τα υλικά με τις βιοδιασπώμενες ίνες γυαλιού μας, καθιστώντας τα ουσιαστικά μια καλή εναλλακτική λύση στα εμπορικά πλαστικά με βάση τα ορυκτά καύσιμα για ένα ευρύ φάσμα τεχνικών εφαρμογών».
Ως αποτέλεσμα, η ABM Composite έχει αυξήσει την τεχνική επιχειρηματική της μονάδα, η οποία πλέον απασχολεί 60 άτομα. «Προσφέρουμε πιο βιώσιμες λύσεις στο τέλος του κύκλου ζωής (EOL).» Ο Rosling λέει: «Η πρόταση αξίας μας είναι να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα βιοδιασπώμενα σύνθετα υλικά σε βιομηχανικές μονάδες κομποστοποίησης όπου μετατρέπονται σε χώμα.» Το παραδοσιακό ηλεκτρονικό γυαλί είναι αδρανές και δεν αποικοδομείται σε αυτές τις εγκαταστάσεις κομποστοποίησης.
Σύνθετα υλικά ινών ArcBiox
Η ABM Composite έχει αναπτύξει διάφορες μορφές υαλονημάτων ArcBiox X4/5 για εφαρμογές σύνθετων υλικών, απόίνες βραχείας κοπήςκαι ενώσεις χύτευσης με έγχυση σεσυνεχείς ίνεςγια διεργασίες όπως η χύτευση υφασμάτων και η χύτευση με έλξη. Η σειρά ArcBiox BSGF συνδυάζει βιοδιασπώμενες ίνες γυαλιού με πολυεστερικές ρητίνες βιολογικής προέλευσης και διατίθεται σε γενικές τεχνολογικές ποιότητες και σε ποιότητες ArcBiox 5 εγκεκριμένες για χρήση σε εφαρμογές επαφής με τρόφιμα.
Η ABM Composite έχει επίσης διερευνήσει μια ποικιλία βιοδιασπώμενων και βιο-βασισμένων πολυμερών, συμπεριλαμβανομένων του πολυγαλακτικού οξέος (PLA), του PLLA και του πολυβουτυλενικού ηλεκτρικού (PBS). Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει πώς οι ίνες γυαλιού X4/5 μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση για να ανταγωνιστούν τα τυπικά πολυμερή ενισχυμένα με ίνες γυαλιού, όπως το πολυπροπυλένιο (PP), ακόμη και το πολυαμίδιο 6 (PA6).
Η ABM Composite έχει επίσης διερευνήσει μια ποικιλία βιοδιασπώμενων και βιο-βασισμένων πολυμερών, συμπεριλαμβανομένων του πολυγαλακτικού οξέος (PLA), του PLLA και του πολυβουτυλενικού ηλεκτρικού (PBS). Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει πώς οι ίνες γυαλιού X4/5 μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση για να ανταγωνιστούν τα τυπικά πολυμερή ενισχυμένα με ίνες γυαλιού, όπως το πολυπροπυλένιο (PP), ακόμη και το πολυαμίδιο 6 (PA6).
Ανθεκτικότητα & Κομποστοποίηση
Εάν αυτά τα σύνθετα υλικά είναι βιοδιασπώμενα, πόσο καιρό θα διαρκέσουν; «Οι ίνες γυαλιού X4/5 μας δεν διαλύονται σε πέντε λεπτά ή κατά τη διάρκεια της νύχτας όπως η ζάχαρη, και ενώ οι ιδιότητές τους θα υποβαθμιστούν με την πάροδο του χρόνου, αυτό δεν θα είναι τόσο αισθητό». Λέει ο Rosling, «Για να υποβαθμιστούν αποτελεσματικά, χρειαζόμαστε υψηλές θερμοκρασίες και υγρασία για μεγάλα χρονικά διαστήματα, όπως παρατηρείται in vivo ή σε βιομηχανικούς σωρούς κομποστοποίησης. Για παράδειγμα, δοκιμάσαμε φλιτζάνια και μπολ κατασκευασμένα από το υλικό ArcBiox BSGF και μπορούσαν να αντέξουν έως και 200 κύκλους πλύσης πιάτων χωρίς να χάσουν τη λειτουργικότητά τους. Υπάρχει κάποια υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων, αλλά όχι σε σημείο που τα φλιτζάνια να μην είναι ασφαλή για χρήση».
Ωστόσο, είναι σημαντικό, όταν αυτά τα σύνθετα υλικά απορρίπτονται στο τέλος της ωφέλιμης ζωής τους, να πληρούν τις τυπικές απαιτήσεις που απαιτούνται για την κομποστοποίηση και η ABM Composite έχει πραγματοποιήσει μια σειρά δοκιμών για να αποδείξει ότι πληροί αυτά τα πρότυπα. «Σύμφωνα με τα πρότυπα ISO (για βιομηχανική κομποστοποίηση), η βιοαποικοδόμηση θα πρέπει να συμβεί εντός 6 μηνών και η αποσύνθεση εντός 3 μηνών/90 ημερών». Ο Rosling λέει: «Αποσύνθεση σημαίνει τοποθέτηση του δείγματος/προϊόντος δοκιμής στη βιομάζα ή στο κομπόστ. Μετά από 90 ημέρες, ο τεχνικός εξετάζει τη βιομάζα χρησιμοποιώντας ένα κόσκινο. Μετά από 12 εβδομάδες, τουλάχιστον το 90% του προϊόντος θα πρέπει να μπορεί να περάσει από ένα κόσκινο 2 mm × 2 mm».
Η βιοαποικοδόμηση προσδιορίζεται με την άλεση του παρθένου υλικού σε σκόνη και τη μέτρηση της συνολικής ποσότητας CO2 που απελευθερώνεται μετά από 90 ημέρες. Αυτό αξιολογεί πόσο από την περιεκτικότητα σε άνθρακα της διαδικασίας κομποστοποίησης μετατρέπεται σε νερό, βιομάζα και CO2. «Για να περάσει η δοκιμή βιομηχανικής κομποστοποίησης, πρέπει να επιτευχθεί το 90% του θεωρητικού 100% CO2 από τη διαδικασία κομποστοποίησης (βάσει της περιεκτικότητας σε άνθρακα)».
Ο Ρόσλινγκ λέει ότι το ABM Composite έχει εκπληρώσει τις απαιτήσεις αποσύνθεσης και βιοαποικοδόμησης και οι δοκιμές έχουν δείξει ότι η προσθήκη των ινών γυαλιού X4 βελτιώνει στην πραγματικότητα τη βιοαποικοδομησιμότητα (βλ. τον παραπάνω πίνακα), η οποία είναι μόνο 78% για ένα μη ενισχυμένο μείγμα PLA, για παράδειγμα. Εξηγεί: «Ωστόσο, όταν προστέθηκαν οι ίνες γυαλιού μας που αποτελούνται από 30% βιοαποικοδομήσιμες, η βιοαποικοδόμηση αυξήθηκε στο 94%, ενώ τα ποσοστά αποικοδόμησης παρέμειναν καλά».
Ως αποτέλεσμα, η ABM Composite έχει αποδείξει ότι τα υλικά της μπορούν να πιστοποιηθούν ως κομποστοποιήσιμα σύμφωνα με το πρότυπο EN 13432. Οι δοκιμές που έχουν περάσει τα υλικά της μέχρι σήμερα περιλαμβάνουν το ISO 14855-1 για την τελική αερόβια βιοδιασπασιμότητα των υλικών υπό ελεγχόμενες συνθήκες κομποστοποίησης, το ISO 16929 για την αερόβια ελεγχόμενη αποσύνθεση, το ISO DIN EN 13432 για τις χημικές απαιτήσεις και το OECD 208 για τις δοκιμές φυτοτοξικότητας, το ISO DIN EN 13432.
CO2 που απελευθερώνεται κατά την κομποστοποίηση
Κατά την κομποστοποίηση, πράγματι απελευθερώνεται CO2, αλλά ένα μέρος του παραμένει στο έδαφος και στη συνέχεια χρησιμοποιείται από τα φυτά. Η κομποστοποίηση έχει μελετηθεί εδώ και δεκαετίες, τόσο ως βιομηχανική διαδικασία όσο και ως διαδικασία μετά την κομποστοποίηση που απελευθερώνει λιγότερο CO2 από άλλες εναλλακτικές λύσεις διάθεσης αποβλήτων, και η κομποστοποίηση εξακολουθεί να θεωρείται μια φιλική προς το περιβάλλον διαδικασία που μειώνει το αποτύπωμα άνθρακα.
Η οικοτοξικότητα περιλαμβάνει τον έλεγχο της βιομάζας που παράγεται κατά τη διαδικασία κομποστοποίησης και των φυτών που καλλιεργούνται με αυτήν τη βιομάζα. «Αυτό γίνεται για να διασφαλιστεί ότι η κομποστοποίηση αυτών των προϊόντων δεν βλάπτει τα αναπτυσσόμενα φυτά», δήλωσε ο Rosling. Επιπλέον, η ABM Composite έχει αποδείξει ότι τα υλικά της πληρούν τις απαιτήσεις βιοαποικοδόμησης υπό συνθήκες οικιακής κομποστοποίησης, οι οποίες απαιτούν επίσης 90% βιοαποικοδόμηση, αλλά σε διάστημα 12 μηνών, σε σύγκριση με μια μικρότερη περίοδο για τη βιομηχανική κομποστοποίηση.
Βιομηχανικές εφαρμογές, παραγωγή, κόστος και μελλοντική ανάπτυξη
Τα υλικά της ABM Composite χρησιμοποιούνται σε μια σειρά εμπορικών εφαρμογών, αλλά περισσότερα δεν μπορούν να αποκαλυφθούν λόγω συμφωνιών εμπιστευτικότητας. «Παραγγέλνουμε τα υλικά μας ώστε να ταιριάζουν σε εφαρμογές όπως φλιτζάνια, πιατάκια, πιάτα, μαχαιροπίρουνα και δοχεία αποθήκευσης τροφίμων», λέει ο Rosling, «αλλά χρησιμοποιούνται επίσης ως εναλλακτική λύση στα πλαστικά με βάση το πετρέλαιο σε δοχεία καλλυντικών και μεγάλα είδη οικιακής χρήσης. Πιο πρόσφατα, τα υλικά μας έχουν επιλεγεί για χρήση στην κατασκευή εξαρτημάτων σε μεγάλες εγκαταστάσεις βιομηχανικών μηχανημάτων που πρέπει να αντικαθίστανται κάθε 2-12 εβδομάδες. Αυτές οι εταιρείες έχουν αναγνωρίσει ότι χρησιμοποιώντας την ενίσχυση από υαλοβάμβακα X4, αυτά τα μηχανικά μέρη μπορούν να κατασκευαστούν με την απαιτούμενη αντοχή στη φθορά και είναι επίσης κομποστοποιήσιμα μετά τη χρήση. Αυτή είναι μια ελκυστική λύση για το εγγύς μέλλον, καθώς αυτές οι εταιρείες αντιμετωπίζουν την πρόκληση της συμμόρφωσης με τους νέους περιβαλλοντικούς κανονισμούς και τους κανονισμούς εκπομπών CO2».
Ο Ρόσλινγκ πρόσθεσε: «Υπάρχει επίσης αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη χρήση των συνεχών ινών μας σε διαφορετικούς τύπους υφασμάτων και μη υφασμένων υλικών για την κατασκευή δομικών στοιχείων για τον κατασκευαστικό κλάδο. Βλέπουμε επίσης ενδιαφέρον για τη χρήση των βιοδιασπώμενων ινών μας με βιοδιασπώμενα αλλά μη βιοδιασπώμενα PA ή PP και αδρανή θερμοσκληρυνόμενα υλικά».
Προς το παρόν, το fiberglass X4/5 είναι πιο ακριβό από το E-glass, αλλά οι όγκοι παραγωγής είναι επίσης σχετικά μικροί και η ABM Composite επιδιώκει μια σειρά από ευκαιρίες για να επεκτείνει τις εφαρμογές και να διευκολύνει την αύξηση της παραγωγής στους 20.000 τόνους/έτος καθώς αυξάνεται η ζήτηση, κάτι που θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στη μείωση του κόστους. Παρόλα αυτά, ο Rosling λέει ότι σε πολλές περιπτώσεις το κόστος που σχετίζεται με την τήρηση των βιωσιμότητας και των νέων κανονιστικών απαιτήσεων δεν έχει ληφθεί πλήρως υπόψη. Εν τω μεταξύ, η επείγουσα ανάγκη διάσωσης του πλανήτη αυξάνεται. «Η κοινωνία ήδη πιέζει για περισσότερα βιολογικά προϊόντα». Εξηγεί: «Υπάρχουν πολλά κίνητρα για την προώθηση των τεχνολογιών ανακύκλωσης, ο κόσμος πρέπει να κινηθεί ταχύτερα σε αυτό και νομίζω ότι η κοινωνία θα αυξήσει μόνο την ώθησή της για βιολογικά προϊόντα στο μέλλον».
ΑΚΖ και Πλεονέκτημα Βιωσιμότητας
Ο Rosling λέει ότι τα υλικά της ABM Composite μειώνουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και τη χρήση μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας κατά 50-60% ανά κιλό. «Χρησιμοποιούμε τη Βάση Δεδομένων Περιβαλλοντικού Αποτυπώματος 2.0, το διαπιστευμένο σύνολο δεδομένων GaBi και τους υπολογισμούς LCA (Life Cycle Analysis - Ανάλυση Κύκλου Ζωής) για τα προϊόντα μας με βάση τη μεθοδολογία που περιγράφεται στα πρότυπα ISO 14040 και ISO 14044».
«Επί του παρόντος, όταν τα σύνθετα υλικά φτάνουν στο τέλος του κύκλου ζωής τους, απαιτείται πολλή ενέργεια για την αποτέφρωση ή την πυρόλυση σύνθετων αποβλήτων και προϊόντων EOL, και ο τεμαχισμός και η κομποστοποίηση είναι μια ελκυστική επιλογή και είναι σίγουρα μία από τις βασικές προτάσεις αξίας που προσφέρουμε, και παρέχουμε ένα νέο είδος ανακυκλωσιμότητας». Ο Rosling λέει: «Το fiberglass μας είναι κατασκευασμένο από φυσικά ορυκτά συστατικά που υπάρχουν ήδη στο έδαφος. Γιατί λοιπόν να μην κομποστοποιήσουμε σύνθετα συστατικά EOL ή να διαλύσουμε ίνες από μη αποικοδομήσιμα σύνθετα υλικά μετά την αποτέφρωση και να τα χρησιμοποιήσουμε ως λίπασμα; Αυτή είναι μια επιλογή ανακύκλωσης πραγματικού παγκόσμιου ενδιαφέροντος».
Shanghai Orisen New Material Technology Co., Ltd
Κιν.: +86 18683776368 (επίσης WhatsApp)
Τηλ.:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
Διεύθυνση: NO.398 New Green Road, Xinbang Town, Songjiang District, Σαγκάη
Ώρα δημοσίευσης: 27 Μαΐου 2024