ბიოშეწოვადი და დაშლადი მინაბოჭკოვანი, კომპოსტირებადი კომპოზიტური ნაწილები —— ინდუსტრიის სიახლეები

რა მოხდებოდა, თუ მინაბოჭკოვანი არმირებული პოლიმერის (GFRP) კომპოზიტების კომპოსტირება შესაძლებელი იქნებოდა მათი სასარგებლო სიცოცხლის ვადის ამოწურვის შემდეგ, წონის შემცირების, სიმტკიცისა და სიმყარის, კოროზიისადმი მდგრადობისა და გამძლეობის ათწლეულების განმავლობაში დადასტურებული უპირატესობების გარდა? მოკლედ რომ ვთქვათ, ეს არის ABM Composite-ის ტექნოლოგიის მიმზიდველობა.

ბიოაქტიური მინა, მაღალი სიმტკიცის ბოჭკოები

2014 წელს დაარსებულმა Arctic Biomaterials Oy-მ (ტამპერე, ფინეთი) შეიმუშავა ბიოდეგრადირებადი მინის ბოჭკო, რომელიც დამზადებულია ე.წ. ბიოაქტიური მინისგან, რომელსაც ABM Composite-ის კვლევისა და განვითარების დირექტორი არი როსლინგი აღწერს, როგორც „1960-იან წლებში შემუშავებულ სპეციალურ ფორმულირებას, რომელიც საშუალებას იძლევა მინა დაშლილი იყოს ფიზიოლოგიურ პირობებში. ორგანიზმში შეყვანისას, მინა იშლება მის შემადგენელ მინერალურ მარილებად, გამოყოფს ნატრიუმს, მაგნიუმს, ფოსფატებს და ა.შ., რითაც ქმნის ძვლის ზრდის სტიმულირების პირობებს“.

„მას მსგავსი თვისებები აქვსტუტეებისგან თავისუფალი მინის ბოჭკო (E-glass)„თუმცა, ამ ბიოაქტიური მინის წარმოება და ბოჭკოებად მიმაგრება რთულია და აქამდე ის მხოლოდ ფხვნილის ან შპაკლის სახით გამოიყენებოდა. რამდენადაც ჩვენთვის ცნობილია, ABM Composite იყო პირველი კომპანია, რომელმაც მისგან მაღალი სიმტკიცის მინის ბოჭკოები სამრეწველო მასშტაბით დაამზადა და ახლა ჩვენ ამ ArcBiox X4/5 მინის ბოჭკოებს სხვადასხვა ტიპის პლასტმასის, მათ შორის ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების გასამაგრებლად ვიყენებთ“.

სამედიცინო იმპლანტები

ფინეთის ქალაქ ჰელსინკიდან ჩრდილოეთით ორი საათის სავალზე მდებარე ტამპერეს რეგიონი 1980-იანი წლებიდან მოყოლებული სამედიცინო დანიშნულების ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების ცენტრია. როსლინგი აღწერს: „ამ მასალებით დამზადებული ერთ-ერთი პირველი კომერციულად ხელმისაწვდომი იმპლანტი ტამპერეში დამზადდა და ასე დაიწყო ABM Composite!, რომელიც ახლა ჩვენი სამედიცინო ბიზნეს ერთეულია“.

„იმპლანტებისთვის ბევრი ბიოდეგრადირებადი, ბიოშეწოვადი პოლიმერი არსებობს“, - აგრძელებს ის, - „თუმცა მათი მექანიკური თვისებები ბუნებრივი ძვლისგან შორს არის. ჩვენ შევძელით ამ ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების გაუმჯობესება, რათა იმპლანტს იგივე სიმტკიცე მიგვეცა, რაც ბუნებრივ ძვალს“. როსლინგმა აღნიშნა, რომ სამედიცინო ხარისხის ArcBiox-ის მინის ბოჭკოები ABM-ის დამატებით ბიოდეგრადირებადი PLLA პოლიმერების მექანიკური თვისებების 200%-დან 500%-მდე გაუმჯობესებას უწყობს ხელს.

შედეგად, ABM Composite-ის იმპლანტები უფრო მაღალ ეფექტურობას გვთავაზობენ, ვიდრე არამყარი პოლიმერებით დამზადებული იმპლანტები, ამასთანავე ბიოშეწოვადია და ხელს უწყობს ძვლის ფორმირებას და ზრდას. ABM Composite ასევე იყენებს ბოჭკოების/ძაფების ავტომატიზირებულ განლაგების ტექნიკას ბოჭკოების ოპტიმალური ორიენტაციის უზრუნველსაყოფად, მათ შორის ბოჭკოების იმპლანტის მთელ სიგრძეზე განლაგებით, ასევე დამატებითი ბოჭკოების პოტენციურად სუსტ წერტილებში განთავსებით.

საყოფაცხოვრებო და ტექნიკური გამოყენება

ABM Composite-ის მზარდი სამედიცინო ბიზნეს ერთეულით აღიარებს, რომ ბიოდეგრადირებადი და ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების გამოყენება ასევე შესაძლებელია სამზარეულოს ჭურჭლის, დანა-ჩანგლისა და სხვა საყოფაცხოვრებო ნივთებისთვის. „ამ ბიოდეგრადირებად პოლიმერებს, როგორც წესი, ცუდი მექანიკური თვისებები აქვთ ნავთობზე დამზადებულ პლასტმასებთან შედარებით“, - თქვა როსლინგმა, „თუმცა, ჩვენ შეგვიძლია ამ მასალების გამაგრება ჩვენი ბიოდეგრადირებადი მინის ბოჭკოებით, რაც მათ პრაქტიკულად კარგ ალტერნატივად აქცევს ნამარხი საწვავის ბაზაზე დამზადებული კომერციული პლასტმასისთვის ტექნიკური გამოყენების ფართო სპექტრისთვის“.

შედეგად, ABM Composite-მა გაზარდა თავისი ტექნიკური ბიზნეს განყოფილება, რომელშიც ამჟამად 60 ადამიანია დასაქმებული. „ჩვენ გთავაზობთ უფრო მდგრად, სიცოცხლის ხანგრძლივობის დასრულების (EOL) გადაწყვეტილებებს.“ როსლინგი ამბობს: „ჩვენი ღირებული წინადადებაა, ეს ბიოდეგრადირებადი კომპოზიტები სამრეწველო კომპოსტირების ოპერაციებში გამოვიყენოთ, სადაც ისინი ნიადაგად გარდაიქმნება.“ ტრადიციული ელექტრონული მინა ინერტულია და არ იშლება ამ კომპოსტირების ობიექტებში.

ArcBiox-ის ბოჭკოვანი კომპოზიტები

ABM Composite-მა შეიმუშავა ArcBiox X4/5 მინის ბოჭკოების სხვადასხვა ფორმა კომპოზიტური აპლიკაციებისთვის, დაწყებულიმოკლე ბოჭკოებიდა ინექციური ჩამოსხმის ნაერთებიუწყვეტი ბოჭკოებიისეთი პროცესებისთვის, როგორიცაა ტექსტილისა და პულტრუზიული ჩამოსხმა. ArcBiox BSGF ხაზი აერთიანებს ბიოდეგრადირებად მინის ბოჭკოებს ბიო-ბაზირებულ პოლიესტერის ფისებთან და ხელმისაწვდომია ზოგადი ტექნოლოგიური კლასის და ArcBiox 5 კლასის მიხედვით, რომლებიც დამტკიცებულია საკვებთან კონტაქტში მყოფ აპლიკაციებში გამოსაყენებლად.

ABM Composite-მა ასევე გამოიკვლია ბიოდეგრადირებადი და ბიოზე დაფუძნებული პოლიმერების მრავალფეროვნება, მათ შორის პოლირძემჟავა (PLA), PLLA და პოლიბუტილენ სუქცინატი (PBS). ქვემოთ მოცემული დიაგრამა გვიჩვენებს, თუ როგორ შეუძლია X4/5 მინის ბოჭკოებს გააუმჯობესოს მუშაობა, რათა კონკურენცია გაუწიოს სტანდარტულ მინის ბოჭკოთი გამაგრებულ პოლიმერებს, როგორიცაა პოლიპროპილენი (PP) და პოლიამიდი 6 (PA6).

ABM Composite-მა ასევე გამოიკვლია ბიოდეგრადირებადი და ბიოზე დაფუძნებული პოლიმერების მრავალფეროვნება, მათ შორის პოლირძემჟავა (PLA), PLLA და პოლიბუტილენ სუქცინატი (PBS). ქვემოთ მოცემული დიაგრამა გვიჩვენებს, თუ როგორ შეუძლია X4/5 მინის ბოჭკოებს გააუმჯობესოს მუშაობა, რათა კონკურენცია გაუწიოს სტანდარტულ მინის ბოჭკოთი გამაგრებულ პოლიმერებს, როგორიცაა პოლიპროპილენი (PP) და პოლიამიდი 6 (PA6).

გამძლეობა და კომპოსტირება

თუ ეს კომპოზიტები ბიოდეგრადირებადია, რამდენ ხანს გაძლებენ ისინი? „ჩვენი X4/5 მინის ბოჭკოები არ იხსნება ხუთ წუთში ან ღამით, როგორც შაქარი და მიუხედავად იმისა, რომ მათი თვისებები დროთა განმავლობაში უარესდება, ეს არც ისე შესამჩნევი იქნება.“ ამბობს როსლინგი: „ეფექტურად დასაშლელად, ჩვენ გვჭირდება მომატებული ტემპერატურა და ტენიანობა ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში, როგორც ეს გვხვდება in vivo ან სამრეწველო კომპოსტის გროვებში. მაგალითად, ჩვენ გამოვცადეთ ჩვენი ArcBiox BSGF მასალისგან დამზადებული ჭიქები და ჯამები და მათ შეუძლიათ გაუძლონ 200-მდე ჭურჭლის რეცხვის ციკლს ფუნქციონალურობის დაკარგვის გარეშე. შეინიშნება მექანიკური თვისებების გარკვეული გაუარესება, მაგრამ არა იმ დონემდე, რომ ჭიქების გამოყენება სახიფათო გახდეს.“

თუმცა, მნიშვნელოვანია, რომ როდესაც ეს კომპოზიტები მათი სასარგებლო ვადის ამოწურვის შემდეგ განადგურდება, ისინი აკმაყოფილებენ კომპოსტირებისთვის საჭირო სტანდარტულ მოთხოვნებს და ABM Composite-მა ჩაატარა ტესტების სერია იმის დასამტკიცებლად, რომ ის აკმაყოფილებს ამ სტანდარტებს. „ISO სტანდარტების (სამრეწველო კომპოსტირებისთვის) თანახმად, ბიოდეგრადაცია უნდა მოხდეს 6 თვის განმავლობაში, ხოლო დაშლა - 3 თვის/90 დღის განმავლობაში“. როსლინგი ამბობს: „დაშლა ნიშნავს სატესტო ნიმუშის/პროდუქტის ბიომასაში ან კომპოსტში მოთავსებას. 90 დღის შემდეგ, ტექნიკოსი ამოწმებს ბიომასას საცრის გამოყენებით. 12 კვირის შემდეგ, პროდუქტის სულ მცირე 90 პროცენტს უნდა შეეძლოს 2 მმ × 2 მმ საცერში გავლა“.

ბიოდეგრადაცია განისაზღვრება პირველადი მასალის ფხვნილად დაფქვით და 90 დღის შემდეგ გამოყოფილი CO2-ის საერთო რაოდენობის გაზომვით. ეს აფასებს, თუ კომპოსტირების პროცესის შედეგად მიღებული ნახშირბადის შემცველობის რა ნაწილი გარდაიქმნება წყლად, ბიომასად და CO2-ად. „სამრეწველო კომპოსტირების ტესტის წარმატებით ჩასაბარებლად, კომპოსტირების პროცესიდან მიღებული თეორიული 100%-იანი CO2-ის 90 პროცენტი უნდა იყოს მიღწეული (ნახშირბადის შემცველობის მიხედვით)“.

როსლინგი ამბობს, რომ ABM Composite-მა დაშლისა და ბიოდეგრადაციის მოთხოვნები დააკმაყოფილა და ტესტებმა აჩვენა, რომ მისი X4 მინის ბოჭკოს დამატება რეალურად აუმჯობესებს ბიოდეგრადირებადობას (იხილეთ ზემოთ მოცემული ცხრილი), რომელიც, მაგალითად, გაუმაგრებელი PLA ნარევისთვის მხოლოდ 78%-ია. ის განმარტავს: „თუმცა, როდესაც ჩვენი 30% ბიოდეგრადირებადი მინის ბოჭკოები დაემატა, ბიოდეგრადაცია 94%-მდე გაიზარდა, ხოლო დეგრადაციის მაჩვენებლები კარგი დარჩა“.

შედეგად, ABM Composite-მა აჩვენა, რომ მისი მასალები შეიძლება სერტიფიცირებული იყოს, როგორც კომპოსტირებადი EN 13432 სტანდარტის შესაბამისად. მისი მასალების მიერ დღემდე წარმატებით ჩატარებული ტესტები მოიცავს ISO 14855-1-ს მასალების საბოლოო აერობული ბიოდეგრადირებადობისთვის კონტროლირებადი კომპოსტირების პირობებში, ISO 16929-ს აერობული კონტროლირებადი დაშლისთვის, ISO DIN EN 13432-ს ქიმიური მოთხოვნებისთვის და OECD 208-ს ფიტოტოქსიკურობის ტესტირებისთვის, ISO DIN EN 13432-ს.

კომპოსტირების დროს გამოყოფილი CO2

კომპოსტირების დროს CO2 მართლაც გამოიყოფა, თუმცა მისი ნაწილი ნიადაგში რჩება და შემდეგ მცენარეების მიერ გამოიყენება. კომპოსტირება ათწლეულების განმავლობაში იქნა შესწავლილი, როგორც სამრეწველო პროცესი, ასევე კომპოსტირების შემდგომი პროცესი, რომელიც ნარჩენების განთავსების სხვა ალტერნატივებთან შედარებით ნაკლებ CO2-ს გამოყოფს და კომპოსტირება დღემდე ეკოლოგიურად სუფთა და ნახშირბადის კვალის შემმცირებელ პროცესად ითვლება.

ეკოტოქსიკურობა გულისხმობს კომპოსტირების პროცესში წარმოებული ბიომასის და ამ ბიომასით გაზრდილი მცენარეების ტესტირებას. „ეს კეთდება იმისათვის, რომ დარწმუნდეთ, რომ ამ პროდუქტების კომპოსტირება არ აზიანებს მზარდ მცენარეებს“, - თქვა როსლინგმა. გარდა ამისა, ABM Composite-მა აჩვენა, რომ მისი მასალები აკმაყოფილებს ბიოდეგრადაციის მოთხოვნებს სახლის პირობებში კომპოსტირების პირობებში, რაც ასევე მოითხოვს 90%-იან ბიოდეგრადაციას, მაგრამ 12-თვიან პერიოდში, სამრეწველო კომპოსტირების უფრო მოკლე პერიოდთან შედარებით.

სამრეწველო გამოყენება, წარმოება, ხარჯები და სამომავლო ზრდა

ABM Composite-ის მასალები გამოიყენება მრავალ კომერციულ სფეროში, თუმცა კონფიდენციალურობის შესახებ შეთანხმებების გამო მეტის გამჟღავნება შეუძლებელია. „ჩვენ ვუკვეთავთ ჩვენს მასალებს ისეთი დანიშნულებით, როგორიცაა ჭიქები, თეფშები, დანა-ჩანგალი და საკვების შესანახი კონტეინერები“, ამბობს როსლინგი, „მაგრამ ისინი ასევე გამოიყენება ნავთობპროდუქტებზე დამზადებული პლასტმასის ალტერნატივად კოსმეტიკური კონტეინერებისა და დიდი საყოფაცხოვრებო ნივთების წარმოებაში. ბოლო დროს, ჩვენი მასალები შეირჩა მსხვილი სამრეწველო დანადგარების დანადგარების კომპონენტების წარმოებისთვის, რომლებიც ყოველ 2-12 კვირაში უნდა შეიცვალოს. ამ კომპანიებმა აღიარეს, რომ ჩვენი X4 მინის ბოჭკოვანი გამაგრების გამოყენებით, ამ მექანიკური ნაწილების დამზადება შესაძლებელია საჭირო ცვეთისადმი მედეგობით და ასევე გამოყენების შემდეგ კომპოსტირებადია. ეს მიმზიდველი გადაწყვეტაა უახლოესი მომავლისთვის, რადგან ეს კომპანიები ახალი გარემოსდაცვითი და CO2-ის გამონაბოლქვის რეგულაციების დაკმაყოფილების გამოწვევის წინაშე დგანან“.

როსლინგმა დასძინა: „ასევე იზრდება ინტერესი ჩვენი უწყვეტი ბოჭკოების სხვადასხვა ტიპის ქსოვილებსა და უქსოვ ქაღალდებში გამოყენების მიმართ, სამშენებლო ინდუსტრიის სტრუქტურული კომპონენტების დასამზადებლად. ჩვენ ასევე ვხედავთ ინტერესს ჩვენი ბიოდეგრადირებადი ბოჭკოების ბიო-ბაზაზე დაფუძნებულ, მაგრამ არაბიოდეგრადირებად პოლიეთილენ-პარატოლენ-პოლიმერულ ხსნართან ან პოლიპროპილენთან და ინერტულ თერმომყარ მასალებთან ერთად გამოყენების მიმართ“.

ამჟამად, X4/5 მინაბოჭკოვანი მასალა უფრო ძვირია, ვიდრე E-მინა, თუმცა წარმოების მოცულობაც შედარებით მცირეა და ABM Composite-ი არაერთ შესაძლებლობას იყენებს გამოყენების გაფართოებისა და მოთხოვნის ზრდასთან ერთად წელიწადში 20,000 ტონამდე გაზრდის ხელშეწყობის მიზნით, რაც ასევე ხელს შეუწყობს ხარჯების შემცირებას. მიუხედავად ამისა, როსლინგი ამბობს, რომ ბევრ შემთხვევაში მდგრადობისა და ახალი მარეგულირებელი მოთხოვნების დაკმაყოფილებასთან დაკავშირებული ხარჯები სრულად არ არის გათვალისწინებული. ამასობაში, პლანეტის გადარჩენის აქტუალობა იზრდება. „საზოგადოება უკვე ცდილობს მეტი ბიოპროდუქტის გამოყენებას“. ის განმარტავს: „არსებობს მრავალი სტიმული გადამუშავების ტექნოლოგიების წინსვლისთვის, მსოფლიომ ამ საკითხში უფრო სწრაფად უნდა იმოძრაოს და ვფიქრობ, საზოგადოება მომავალში მხოლოდ გაზრდის ბიოპროდუქტების გამოყენებას“.

LCA და მდგრადობის უპირატესობა

როსლინგი ამბობს, რომ ABM Composite-ის მასალები ამცირებს სათბურის გაზების გამოყოფას და არაგანახლებადი ენერგიის გამოყენებას კილოგრამზე 50-60 პროცენტით. „ჩვენი პროდუქტებისთვის ვიყენებთ Environmental Footprint Database 2.0-ს, აკრედიტებულ GaBi მონაცემთა ნაკრებს და LCA (სასიცოცხლო ციკლის ანალიზი) გამოთვლებს ISO 14040 და ISO 14044 სტანდარტებში აღწერილი მეთოდოლოგიის საფუძველზე“.

„ამჟამად, როდესაც კომპოზიტები სასიცოცხლო ციკლის დასასრულს აღწევენ, კომპოზიტური ნარჩენებისა და EOL პროდუქტების დასაწვავად ან პიროლიზად დიდი რაოდენობით ენერგიაა საჭირო, ხოლო დაქუცმაცება და კომპოსტირება მიმზიდველი ვარიანტია და ეს ნამდვილად ერთ-ერთი მთავარი ღირებულებითი შეთავაზებაა, რომელსაც ჩვენ ვთავაზობთ და ჩვენ ვთავაზობთ გადამუშავების ახალი ტიპის შესაძლებლობას.“ როსლინგი ამბობს: „ჩვენი მინაბოჭკოვანი მასალა დამზადებულია ნიადაგში უკვე არსებული ბუნებრივი მინერალური კომპონენტებისგან. მაშ, რატომ არ უნდა მოხდეს EOL კომპოზიტური კომპონენტების კომპოსტირება, ან დაწვის შემდეგ არადეგრადირებადი კომპოზიტების ბოჭკოების გახსნა და მათი სასუქად გამოყენება? ეს არის გადამუშავების ვარიანტი, რომელიც ნამდვილად გლობალური ინტერესის საგანია.“

შანხაის ორიზენის ახალი მასალების ტექნოლოგიების კომპანია, შპს
ტელეფონი: +86 18683776368 (ასევე WhatsApp)
ტელ:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
მისამართი: შანხაი, სინბანგის რაიონი, ახალი მწვანე გზა №398, სონგძიანგის რაიონი