פיברגלס נספג ביולוגית ומתכלה, חלקים מרוכבים ניתנים לקומפוסטציה - חדשות בתעשייה

מה היה קורה אילו ניתן היה לקומפוסט חומרים מרוכבים פולימריים מחוזקים בסיבי זכוכית (GFRP) בסוף חייהם השימושיים, בנוסף לעשרות שנים של יתרונות מוכחים של הפחתת משקל, חוזק וקשיחות, עמידות בפני קורוזיה ועמידות? זהו, בקצרה, המהות של הטכנולוגיה של ABM Composite.

זכוכית ביו-אקטיבית, סיבים בעלי חוזק גבוה

חברת Arctic Biomaterials Oy (טמפרה, פינלנד), שנוסדה בשנת 2014, פיתחה סיב זכוכית מתכלה העשוי מזכוכית ביו-אקטיבית, אותו מתאר ארי רוזלינג, מנהל מחקר ופיתוח ב-ABM Composite, כ"פורמולציה מיוחדת שפותחה בשנות ה-60 המאפשרת לזכוכית להתפרק בתנאים פיזיולוגיים. כאשר היא מוחדרת לגוף, הזכוכית מתפרקת למלחים המינרליים המרכיבים אותה, ומשחררת נתרן, מגנזיום, פוספטים וכו', ובכך יוצרת מצב המגרה צמיחת עצם".

"יש לו תכונות דומות ל-סיבי זכוכית ללא אלקליות (E-glass)", אמר רוזלינג, "אבל זכוכית ביו-אקטיבית זו קשה לייצור ולציפוי לסיבים, ועד כה היא שימשה רק כאבקה או מרק. ככל הידוע לנו, ABM Composite הייתה החברה הראשונה שייצרה ממנה סיבי זכוכית בעלי חוזק גבוה בקנה מידה תעשייתי, וכעת אנו משתמשים בסיבים אלו מדגם ArcBiox X4/5 כדי לחזק סוגים שונים של פלסטיק, כולל פולימרים מתכלים".

שתלים רפואיים

אזור טמפרה, שעתיים נסיעה צפונית להלסינקי, פינלנד, היה מרכז לפולימרים ביולוגיים מתכלים ליישומים רפואיים מאז שנות ה-80. רוזלינג מתאר, "אחד השתלים הראשונים הזמינים מסחרית שיוצרו מחומרים אלה יוצר בטמפרה, וכך החלה ABM Composite את דרכה! שהיא כיום יחידת העסקים הרפואית שלנו".

"ישנם פולימרים רבים המתכלים ביולוגית ונספגים ביולוגית עבור שתלים", הוא ממשיך, "אבל התכונות המכניות שלהם רחוקות מעצם טבעית. הצלחנו לשפר את הפולימרים המתכלים ביולוגית הללו על מנת להעניק לשתל את אותו חוזק כמו עצם טבעית". רוזלינג ציין כי סיבי זכוכית ArcBiox ברמה רפואית עם תוספת של ABM יכולים לשפר את התכונות המכניות של פולימרים מתכלים של PLLA ב-200% עד 500%.

כתוצאה מכך, שתלי ABM Composite מציעים ביצועים גבוהים יותר משתלים העשויים מפולימרים לא מחוזקים, ובמקביל הם נספגים ביולוגית ומקדמים היווצרות וצמיחת עצם. ABM Composite משתמשת גם בטכניקות אוטומטיות של הנחת סיבים/גדילים כדי להבטיח כיוון אופטימלי של הסיבים, כולל הנחת סיבים לאורך כל השתל, וכן הנחת סיבים נוספים בנקודות חלשות פוטנציאליות.

יישומים ביתיים וטכניים

עם יחידת העסקים הרפואית הצומחת שלה, ABM Composite מכירה בכך שניתן להשתמש בפולימרים ביולוגיים ומתכלים גם עבור כלי מטבח, סכו"ם ופריטים ביתיים אחרים. "פולימרים מתכלים אלה בדרך כלל בעלי תכונות מכניות גרועות בהשוואה לפלסטיק מבוסס נפט", אמר רוזלינג, "אבל אנחנו יכולים לחזק את החומרים הללו בעזרת סיבי הזכוכית המתכלים שלנו, מה שהופך אותם לחלופה טובה לפלסטיק מסחרי מבוסס דלקים מאובנים עבור מגוון רחב של יישומים טכניים".

כתוצאה מכך, ABM Composite הגדילה את יחידת העסקים הטכנית שלה, המעסיקה כיום 60 עובדים. "אנו מציעים פתרונות בני קיימא יותר לסוף חיי החברה (EOL)." אומר רוזלינג, "הצעת הערך שלנו היא להעביר את החומרים המרוכבים המתכלים הללו לתהליכי קומפוסטציה תעשייתיים, שם הם הופכים לאדמה." זכוכית אלקטרונית מסורתית היא אינרטית ולא תתפרק במתקני קומפוסטציה אלה.

סיבים מרוכבים של ArcBiox

ABM Composite פיתחה צורות שונות של סיבי זכוכית ArcBiox X4/5 עבור יישומים מרוכבים, החל מסיבים קצריםותרכובות הזרקה לסיבים רציפיםעבור תהליכים כגון טקסטיל ויציקת פולטרוזיה. סדרת ArcBiox BSGF משלבת סיבי זכוכית מתכלים עם שרפי פוליאסטר מבוססי ביו וזמינה בדרגות טכנולוגיה כלליות ובדרגות ArcBiox 5 שאושרו לשימוש ביישומים הבאים במגע עם מזון.

ABM Composite חקרה גם מגוון פולימרים מתכלים וביו-בסיסיים, כולל חומצה פולילקטית (PLA), PLLA ופוליבוטילן סוקצינט (PBS). התרשים שלהלן מראה כיצד סיבי זכוכית X4/5 יכולים לשפר את הביצועים כדי להתחרות בפולימרים סטנדרטיים מחוזקים בסיבי זכוכית כגון פוליפרופילן (PP) ואפילו פוליאמיד 6 (PA6).

ABM Composite חקרה גם מגוון פולימרים מתכלים וביו-בסיסיים, כולל חומצה פולילקטית (PLA), PLLA ופוליבוטילן סוקצינט (PBS). התרשים שלהלן מראה כיצד סיבי זכוכית X4/5 יכולים לשפר את הביצועים כדי להתחרות בפולימרים סטנדרטיים מחוזקים בסיבי זכוכית כגון פוליפרופילן (PP) ואפילו פוליאמיד 6 (PA6).

עמידות וקומפוסטביליות

אם חומרים מרוכבים אלה מתכלים ביולוגית, כמה זמן הם יחזיקו מעמד? "סיבי הזכוכית X4/5 שלנו לא מתמוססים תוך חמש דקות או בן לילה כמו סוכר, ולמרות שתכונותיהם מתכלות עם הזמן, זה לא יהיה מורגש באותה מידה." אומר רוזלינג, "כדי להתכלות ביעילות, אנו זקוקים לטמפרטורות ולחות גבוהות לאורך תקופות זמן ארוכות, כפי שנמצא in vivo או בערימות קומפוסט תעשייתיות. לדוגמה, בדקנו כוסות וקערות העשויות מחומר ArcBiox BSGF שלנו, והן יכלו לעמוד בעד 200 מחזורי שטיפת כלים מבלי לאבד פונקציונליות. ישנה הידרדרות מסוימת של התכונות המכניות, אך לא עד כדי כך שהכוסות אינן בטוחות לשימוש."

עם זאת, חשוב שכאשר חומרים מרוכבים אלה מסולקים בסוף חייהם השימושיים, הם אכן יעמדו בדרישות התקן הנדרשות לקומפוסטציה, ו-ABM Composite ביצעה סדרה של בדיקות כדי להוכיח שהיא עומדת בתקנים אלה. "על פי תקני ISO (לקומפוסטציה תעשייתית), פירוק ביולוגי צריך להתרחש תוך 6 חודשים ופירוק תוך 3 חודשים/90 יום". רוזלינג אומר, "פירוק פירושו הנחת דגימת הבדיקה/מוצר לתוך הביומסה או הקומפוסט. לאחר 90 יום, הטכנאי בודק את הביומסה באמצעות מסננת. לאחר 12 שבועות, לפחות 90 אחוז מהמוצר צריכים להיות מסוגלים לעבור דרך מסננת בקוטר 2 מ"מ × 2 מ"מ".

פירוק ביולוגי נקבע על ידי טחינת החומר הבתולי לאבקה ומדידת כמות ה-CO2 הכוללת המשתחררת לאחר 90 יום. פעולה זו מעריכה כמה מתכולת הפחמן של תהליך הקומפוסטציה מומרת למים, ביומסה ו-CO2. "כדי לעבור את מבחן הקומפוסטציה התעשייתית, יש להשיג 90 אחוז מה-100 אחוז ה-CO2 התיאורטי מתהליך הקומפוסטציה (בהתבסס על תכולת הפחמן)".

רוזלינג אומר ש-ABM Composite עמדה בדרישות הפירוק והפירוק הביולוגי, ובדיקות הראו כי הוספת סיבי הזכוכית X4 שלה למעשה משפרת את הפירוק הביולוגי (ראה טבלה לעיל), שהיא רק 78% עבור תערובת PLA לא מחוזקת, לדוגמה. הוא מסביר, "עם זאת, כאשר נוספו סיבי הזכוכית המתכלים שלנו בריכוז 30%, הפירוק הביולוגי גדל ל-94%, בעוד ששיעורי הפירוק נותרו טובים".

כתוצאה מכך, ABM Composite הוכיחה כי ניתן לאשר את חומריה כקומפוסטטיביים בהתאם לתקן EN 13432. בדיקות שהחומרים שלה עברו עד כה כוללות את תקן ISO 14855-1 לפירוק ביולוגי אירובי סופית של חומרים בתנאי קומפוסטציה מבוקרים, תקן ISO 16929 לפירוק אירובי מבוקר, תקן ISO DIN EN 13432 לדרישות כימיות, ותקן OECD 208 לבדיקת פיטוטוקסיות, תקן ISO DIN EN 13432.

CO2 שנפלט במהלך הקומפוסטציה

במהלך הקומפוסטציה, אכן משתחרר CO2, אך חלקו נשאר בקרקע ונוצל לאחר מכן על ידי צמחים. קומפוסטציה נחקרה במשך עשרות שנים, הן כתהליך תעשייתי והן כתהליך לאחר הקומפוסטציה, המשחרר פחות CO2 מאשר חלופות אחרות לסילוק פסולת, וקומפוסטציה עדיין נחשבת לתהליך ידידותי לסביבה ומפחיתה את טביעת הרגל הפחמנית.

אקוטוקסיות כרוכה בבדיקת הביומסה המיוצרת במהלך תהליך הקומפוסטציה והצמחים הגדלים עם ביומסה זו. "זה כדי לוודא שקומפוסטציה של מוצרים אלה אינה פוגעת בצמחים הגדלים", אמר רוזלינג. בנוסף, ABM Composite הוכיחה כי החומרים שלה עומדים בדרישות הפירוק הביולוגי בתנאי קומפוסטציה ביתית, הדורשים גם פירוק ביולוגי של 90%, אך לאורך תקופה של 12 חודשים, בהשוואה לתקופה קצרה יותר עבור קומפוסטציה תעשייתית.

יישומים תעשייתיים, ייצור, עלויות וצמיחה עתידית

החומרים של ABM Composite משמשים במספר יישומים מסחריים, אך לא ניתן לחשוף פרטים נוספים עקב הסכמי סודיות. "אנו מזמינים את החומרים שלנו כך שיתאימו ליישומים כגון ספלים, צלוחיות, צלחות, סכו"ם ומיכלי אחסון מזון", אומר רוזלינג, "אך הם משמשים גם כחלופה לפלסטיק מבוסס נפט במיכלי קוסמטיקה ובפריטים ביתיים גדולים. לאחרונה, החומרים שלנו נבחרו לשימוש בייצור רכיבים במכונות תעשייתיות גדולות שיש להחליף כל 2-12 שבועות. חברות אלו זיהו שבאמצעות חיזוק סיבי הזכוכית X4 שלנו, ניתן לייצר חלקים מכניים אלו עם עמידות הבלאי הנדרשת וגם ניתנים לקומפוסטציה לאחר השימוש. זהו פתרון אטרקטיבי לעתיד הקרוב, שכן חברות אלו מתמודדות עם האתגר של עמידה בתקנות סביבתיות ופליטות CO2 חדשות".

רוזלינג הוסיף, "יש גם עניין גובר בשימוש בסיבים הרציפים שלנו בסוגים שונים של בדים ובדים לא ארוגים לייצור רכיבים מבניים לתעשיית הבנייה. אנו רואים גם עניין בשימוש בסיבים המתכלים שלנו עם PA או PP מבוססי ביולוגיה אך לא מתכלים וחומרים תרמוסטיים אינרטיים".

כיום, פיברגלס X4/5 יקר יותר מזכוכית אלקטרונית, אך גם נפחי הייצור קטנים יחסית, ו-ABM Composite מחפשת מספר הזדמנויות להרחבת היישומים ולאפשר עלייה ל-20,000 טון/שנה ככל שהביקוש יגדל, מה שיכול גם לסייע בהפחתת העלויות. למרות זאת, רוזלינג אומר שבמקרים רבים העלויות הכרוכות בעמידה בדרישות קיימות ודרישות רגולטוריות חדשות לא נשקלו במלואן. בינתיים, הדחיפות של הצלת כדור הארץ גוברת. "החברה כבר דוחפת למוצרים מבוססי-ביו נוספים". הוא מסביר, "יש הרבה תמריצים לקדם טכנולוגיות מיחזור, העולם צריך לנוע מהר יותר בנושא הזה ואני חושב שהחברה רק תגביר את הדחיפה שלה למוצרים מבוססי-ביו בעתיד".

LCA ויתרון קיימות

רוזלינג אומר שהחומרים של ABM Composite מפחיתים את פליטת גזי החממה ואת השימוש באנרגיה שאינה מתחדשת ב-50-60 אחוז לקילוגרם. "אנו משתמשים במסד הנתונים של טביעת הרגל הסביבתית 2.0, במערך הנתונים המוסמך GaBi ובחישובי LCA (ניתוח מחזור חיים) עבור המוצרים שלנו על סמך המתודולוגיה המתוארת בתקני ISO 14040 ו-ISO 14044".

"כיום, כאשר חומרים מרוכבים מגיעים לסוף מחזור חייהם, נדרשת אנרגיה רבה כדי לשרוף או לבצע פירוליזה של פסולת מרוכבת ומוצרי EOL, וגריסה וקומפוסטציה הן אופציה אטרקטיבית, וזו בהחלט אחת מהצעות הערך המרכזיות שאנו מציעים, ואנחנו מספקים סוג חדש של יכולת מיחזור." אומר רוזלינג, "הפיברגלס שלנו עשוי מרכיבים מינרליים טבעיים שכבר קיימים באדמה. אז למה לא לקומפוסט רכיבים מרוכבים של EOL, או להמיס סיבים מחומרים מרוכבים שאינם מתכלים לאחר השריפה ולהשתמש בהם כדשן? זוהי אפשרות מיחזור בעלת עניין עולמי אמיתי."

שנגחאי אוריסן טכנולוגיית חומרים חדשה בע"מ
טלפון: 86-18683776368+ (וגם וואטסאפ)
טלפון: 86+08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
כתובת: מספר 398 ניו גרין רואד, טאון שינבאנג, מחוז סונגג'יאנג, שנגחאי