ไฟเบอร์กลาสที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ชิ้นส่วนคอมโพสิตที่สามารถนำไปทำปุ๋ยหมักได้ — ข่าวอุตสาหกรรม

จะเป็นอย่างไรหากวัสดุคอมโพสิตพอลิเมอร์เสริมใยแก้ว (GFRP) สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพเมื่อหมดอายุการใช้งาน นอกเหนือจากคุณประโยชน์ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วมานานหลายทศวรรษในด้านการลดน้ำหนัก ความแข็งแรงและความแข็งแกร่ง ความต้านทานการกัดกร่อน และความทนทาน? นั่นคือเสน่ห์ของเทคโนโลยีของ ABM Composite โดยสรุป

กระจกชีวภาพ เส้นใยความแข็งแรงสูง

บริษัท Arctic Biomaterials Oy (แทมเปเร ฟินแลนด์) ก่อตั้งขึ้นในปี 2014 ได้พัฒนาเส้นใยแก้วที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพซึ่งทำจากแก้วที่เรียกว่า "แก้วชีวภาพ" โดย Ari Rosling ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยและพัฒนาของ ABM Composite อธิบายว่า "เป็นสูตรพิเศษที่พัฒนาขึ้นในทศวรรษ 1960 ซึ่งช่วยให้แก้วสามารถย่อยสลายได้ภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยา เมื่อเข้าสู่ร่างกาย แก้วจะแตกตัวเป็นเกลือแร่ที่เป็นส่วนประกอบ ปล่อยโซเดียม แมกนีเซียม ฟอสเฟต ฯลฯ ออกมา จึงสร้างสภาวะที่กระตุ้นการเจริญเติบโตของกระดูก"

“มันมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับ”เส้นใยแก้วปราศจากด่าง (E-glass)รอสลิงกล่าวว่า “แต่แก้วชีวภาพชนิดนี้ผลิตและดึงเป็นเส้นใยได้ยาก และจนถึงตอนนี้ก็ใช้ได้เฉพาะในรูปผงหรือสารยึดเกาะเท่านั้น เท่าที่เราทราบ ABM Composite เป็นบริษัทแรกที่ผลิตเส้นใยแก้วความแข็งแรงสูงจากแก้วชนิดนี้ในระดับอุตสาหกรรม และตอนนี้เรากำลังใช้เส้นใยแก้ว ArcBiox X4/5 เหล่านี้เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับพลาสติกหลายชนิด รวมถึงพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ”

อุปกรณ์ฝังทางการแพทย์

ภูมิภาคแทมเปเร ซึ่งอยู่ห่างจากเฮลซิงกิ ประเทศฟินแลนด์ ไปทางเหนือประมาณสองชั่วโมง เป็นศูนย์กลางของโพลิเมอร์ชีวภาพที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสำหรับการใช้งานทางการแพทย์มาตั้งแต่ทศวรรษ 1980 รอสลิงกล่าวว่า “หนึ่งในอุปกรณ์ฝังในร่างกายเชิงพาณิชย์ชิ้นแรกๆ ที่ทำจากวัสดุเหล่านี้ ผลิตขึ้นในแทมเปเร และนั่นคือจุดเริ่มต้นของ ABM Composite ซึ่งปัจจุบันเป็นหน่วยธุรกิจด้านการแพทย์ของเรา”

“มีโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและดูดซึมได้ทางชีวภาพมากมายสำหรับใช้ในการปลูกถ่าย” เขากล่าวต่อ “แต่คุณสมบัติทางกลของพวกมันยังห่างไกลจากกระดูกธรรมชาติ เราสามารถปรับปรุงโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเหล่านี้เพื่อให้การปลูกถ่ายมีความแข็งแรงเทียบเท่ากับกระดูกธรรมชาติ” รอสลิงกล่าวว่า เส้นใยแก้ว ArcBiox เกรดทางการแพทย์ที่เติม ABM สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของโพลิเมอร์ PLLA ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพได้ถึง 200% ถึง 500%

ด้วยเหตุนี้ รากฟันเทียมของ ABM Composite จึงมีประสิทธิภาพสูงกว่ารากฟันเทียมที่ทำจากโพลีเมอร์ที่ไม่เสริมแรง อีกทั้งยังสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและส่งเสริมการสร้างและการเจริญเติบโตของกระดูก นอกจากนี้ ABM Composite ยังใช้เทคนิคการจัดวางเส้นใย/เส้นด้ายแบบอัตโนมัติเพื่อให้แน่ใจว่าการจัดเรียงเส้นใยเป็นไปอย่างเหมาะสมที่สุด รวมถึงการวางเส้นใยตลอดความยาวของรากฟันเทียม ตลอดจนการวางเส้นใยเพิ่มเติมในจุดที่อาจอ่อนแอ

การใช้งานในครัวเรือนและทางเทคนิค

ด้วยหน่วยธุรกิจด้านการแพทย์ที่กำลังเติบโต ABM Composite ตระหนักว่าโพลิเมอร์ชีวภาพและโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสามารถนำมาใช้กับเครื่องครัว มีด และของใช้ในครัวเรือนอื่นๆ ได้เช่นกัน “โดยทั่วไปแล้วโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเหล่านี้มีคุณสมบัติทางกลที่ไม่ดีนักเมื่อเทียบกับพลาสติกที่ผลิตจากปิโตรเลียม” รอสลิงกล่าว “แต่เราสามารถเสริมความแข็งแรงให้กับวัสดุเหล่านี้ด้วยเส้นใยแก้วที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพของเรา ทำให้พวกมันเป็นทางเลือกที่ดีแทนพลาสติกเชิงพาณิชย์ที่ผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิลสำหรับการใช้งานทางเทคนิคที่หลากหลาย”

ด้วยเหตุนี้ ABM Composite จึงได้ขยายหน่วยธุรกิจด้านเทคนิค ซึ่งปัจจุบันมีพนักงาน 60 คน “เรานำเสนอโซลูชันการจัดการของเสียเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน (EOL) ที่ยั่งยืนยิ่งขึ้น” รอสลิงกล่าว “จุดเด่นของเราคือการนำวัสดุคอมโพสิตที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเหล่านี้ไปใช้ในกระบวนการทำปุ๋ยหมักในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งจะกลายเป็นดิน” ใยแก้ว E-glass แบบดั้งเดิมนั้นเฉื่อยชาและจะไม่ย่อยสลายในโรงงานทำปุ๋ยหมักเหล่านี้

ArcBiox Fibre Composites

ABM Composite ได้พัฒนาเส้นใยแก้ว ArcBiox X4/5 ในรูปแบบต่างๆ สำหรับการใช้งานในวัสดุคอมโพสิต ตั้งแต่เส้นใยสั้นและสารประกอบสำหรับการฉีดขึ้นรูปเส้นใยต่อเนื่องสำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น สิ่งทอและการขึ้นรูปด้วยการดึงรีด (pultrusion moulding) ผลิตภัณฑ์ ArcBiox BSGF ผสมผสานเส้นใยแก้วที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเข้ากับเรซินโพลีเอสเตอร์ชีวภาพ และมีจำหน่ายในเกรดเทคโนโลยีทั่วไปและเกรด ArcBiox 5 ที่ได้รับการอนุมัติให้ใช้ในงานที่สัมผัสกับอาหารได้

นอกจากนี้ ABM Composite ยังได้ศึกษาโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและโพลิเมอร์ชีวภาพหลากหลายชนิด รวมถึงกรดโพลีแลคติก (PLA), PLLA และโพลีบิวทิลีนซัคซิเนต (PBS) แผนภาพด้านล่างแสดงให้เห็นว่าเส้นใยแก้ว X4/5 สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพให้สามารถแข่งขันกับโพลิเมอร์เสริมแรงด้วยเส้นใยแก้วมาตรฐาน เช่น โพลีโพรพีลีน (PP) และแม้แต่โพลีอะไมด์ 6 (PA6) ได้อย่างไร

นอกจากนี้ ABM Composite ยังได้ศึกษาโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและโพลิเมอร์ชีวภาพหลากหลายชนิด รวมถึงกรดโพลีแลคติก (PLA), PLLA และโพลีบิวทิลีนซัคซิเนต (PBS) แผนภาพด้านล่างแสดงให้เห็นว่าเส้นใยแก้ว X4/5 สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพให้สามารถแข่งขันกับโพลิเมอร์เสริมแรงด้วยเส้นใยแก้วมาตรฐาน เช่น โพลีโพรพีลีน (PP) และแม้แต่โพลีอะไมด์ 6 (PA6) ได้อย่างไร

ความทนทานและการย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

หากวัสดุผสมเหล่านี้สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ มันจะอยู่ได้นานแค่ไหน? “เส้นใยแก้ว X4/5 ของเราไม่ได้ละลายภายในห้านาทีหรือข้ามคืนเหมือนน้ำตาล และถึงแม้คุณสมบัติของมันจะเสื่อมลงตามเวลา แต่ก็จะไม่สังเกตเห็นได้ชัดเจน” รอสลิงกล่าว “เพื่อให้ย่อยสลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ เราต้องการอุณหภูมิและความชื้นสูงเป็นเวลานาน เช่นเดียวกับที่พบในร่างกายหรือในกองปุ๋ยหมักอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น เราทดสอบถ้วยและชามที่ทำจากวัสดุ ArcBiox BSGF ของเรา และพวกมันสามารถทนต่อการล้างจานได้ถึง 200 รอบโดยไม่สูญเสียฟังก์ชันการใช้งาน มีการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติทางกลบ้าง แต่ไม่ถึงขั้นที่ทำให้ถ้วยไม่ปลอดภัยต่อการใช้งาน”

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือเมื่อวัสดุคอมโพสิตเหล่านี้ถูกกำจัดทิ้งเมื่อหมดอายุการใช้งานแล้ว จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการทำปุ๋ยหมัก และ ABM Composite ได้ทำการทดสอบหลายชุดเพื่อพิสูจน์ว่าตรงตามมาตรฐานเหล่านี้ “ตามมาตรฐาน ISO (สำหรับการทำปุ๋ยหมักในระดับอุตสาหกรรม) การย่อยสลายทางชีวภาพควรเกิดขึ้นภายใน 6 เดือน และการย่อยสลายภายใน 3 เดือน/90 วัน” Rosling กล่าว “การย่อยสลายหมายถึงการนำตัวอย่าง/ผลิตภัณฑ์ทดสอบไปใส่ในชีวมวลหรือปุ๋ยหมัก หลังจาก 90 วัน ช่างเทคนิคจะตรวจสอบชีวมวลโดยใช้ตะแกรง หลังจาก 12 สัปดาห์ อย่างน้อย 90 เปอร์เซ็นต์ของผลิตภัณฑ์ควรจะสามารถผ่านตะแกรงขนาด 2 มม. × 2 มม. ได้”

การย่อยสลายทางชีวภาพจะถูกกำหนดโดยการบดวัสดุเริ่มต้นให้เป็นผงและวัดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่ปล่อยออกมาทั้งหมดหลังจาก 90 วัน วิธีนี้จะประเมินว่าคาร์บอนในกระบวนการทำปุ๋ยหมักถูกเปลี่ยนเป็นน้ำ ชีวมวล และ CO2 ไปมากน้อยเพียงใด “เพื่อให้ผ่านการทดสอบการทำปุ๋ยหมักในระดับอุตสาหกรรม ต้องได้ปริมาณ CO2 อย่างน้อย 90 เปอร์เซ็นต์จากปริมาณ CO2 ตามทฤษฎี 100 เปอร์เซ็นต์จากกระบวนการทำปุ๋ยหมัก (โดยพิจารณาจากปริมาณคาร์บอน)”

รอสลิงกล่าวว่า ABM Composite ผ่านเกณฑ์ข้อกำหนดด้านการย่อยสลายและย่อยสลายทางชีวภาพแล้ว และการทดสอบแสดงให้เห็นว่าการเติมเส้นใยแก้ว X4 ช่วยเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพได้อย่างแท้จริง (ดูตารางด้านบน) ซึ่งโดยปกติแล้วจะมีเพียง 78% สำหรับส่วนผสม PLA ที่ไม่เสริมแรง เขากล่าวเสริมว่า “อย่างไรก็ตาม เมื่อเติมเส้นใยแก้วที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ 30% ของเราเข้าไป อัตราการย่อยสลายทางชีวภาพก็เพิ่มขึ้นเป็น 94% ในขณะที่อัตราการย่อยสลายยังคงอยู่ในระดับที่ดี”

ด้วยเหตุนี้ ABM Composite จึงแสดงให้เห็นว่าวัสดุของบริษัทสามารถได้รับการรับรองว่าสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพตามมาตรฐาน EN 13432 การทดสอบที่วัสดุของบริษัทผ่านแล้ว ได้แก่ ISO 14855-1 สำหรับการย่อยสลายทางชีวภาพแบบใช้ออกซิเจนขั้นสุดท้ายของวัสดุภายใต้สภาวะการทำปุ๋ยหมักแบบควบคุม ISO 16929 สำหรับการย่อยสลายแบบควบคุมโดยใช้ออกซิเจน ISO DIN EN 13432 สำหรับข้อกำหนดทางเคมี และ OECD 208 สำหรับการทดสอบความเป็นพิษต่อพืช

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการทำปุ๋ยหมัก

ในระหว่างกระบวนการหมักปุ๋ย ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมาจริง แต่บางส่วนยังคงอยู่ในดินและถูกพืชนำไปใช้ประโยชน์ การหมักปุ๋ยได้รับการศึกษามานานหลายทศวรรษ ทั้งในฐานะกระบวนการทางอุตสาหกรรมและกระบวนการหลังการหมักที่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่าทางเลือกการกำจัดขยะอื่นๆ และการหมักปุ๋ยยังคงถือเป็นกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

การทดสอบความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมเกี่ยวข้องกับการทดสอบชีวมวลที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการทำปุ๋ยหมักและพืชที่ปลูกร่วมกับชีวมวลเหล่านั้น “เพื่อให้แน่ใจว่าการทำปุ๋ยหมักจากผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะไม่เป็นอันตรายต่อพืชที่กำลังเจริญเติบโต” รอสลิงกล่าว นอกจากนี้ ABM Composite ยังได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุของบริษัทตรงตามข้อกำหนดการย่อยสลายทางชีวภาพภายใต้สภาวะการทำปุ๋ยหมักในครัวเรือน ซึ่งกำหนดให้มีการย่อยสลายทางชีวภาพ 90% เช่นกัน แต่ใช้เวลากว่า 12 เดือน เมื่อเทียบกับระยะเวลาที่สั้นกว่าสำหรับการทำปุ๋ยหมักในระดับอุตสาหกรรม

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม การผลิต ต้นทุน และการเติบโตในอนาคต

วัสดุของ ABM Composite ถูกนำไปใช้ในงานเชิงพาณิชย์หลายประเภท แต่ไม่สามารถเปิดเผยรายละเอียดเพิ่มเติมได้เนื่องจากข้อตกลงการรักษาความลับ รอสลิงกล่าวว่า “เราสั่งซื้อวัสดุให้เหมาะสมกับการใช้งาน เช่น ถ้วย จาน ช้อนส้อม และภาชนะเก็บอาหาร แต่ยังใช้เป็นทางเลือกแทนพลาสติกที่ผลิตจากปิโตรเลียมในบรรจุภัณฑ์เครื่องสำอางและของใช้ในครัวเรือนขนาดใหญ่ เมื่อไม่นานมานี้ วัสดุของเราได้รับการคัดเลือกให้ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนในเครื่องจักรขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมที่ต้องเปลี่ยนทุกๆ 2-12 สัปดาห์ บริษัทเหล่านี้ตระหนักว่าการใช้ใยแก้ว X4 เสริมแรงของเรา จะทำให้ชิ้นส่วนเครื่องจักรเหล่านี้มีความทนทานต่อการสึกหรอตามที่ต้องการ และยังสามารถย่อยสลายได้หลังการใช้งาน นี่เป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับอนาคตอันใกล้ เนื่องจากบริษัทเหล่านี้กำลังเผชิญกับความท้าทายในการปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ใหม่”

รอสลิงกล่าวเสริมว่า “นอกจากนี้ ยังมีความสนใจเพิ่มมากขึ้นในการใช้เส้นใยต่อเนื่องของเราในผ้าและวัสดุไม่ทอประเภทต่างๆ เพื่อผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างสำหรับอุตสาหกรรมการก่อสร้าง เรายังเห็นความสนใจในการใช้เส้นใยที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพของเรา ร่วมกับ PA หรือ PP ที่มีส่วนประกอบทางชีวภาพแต่ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และวัสดุเทอร์โมเซตเฉื่อย”

ปัจจุบัน ใยแก้ว X4/5 มีราคาแพงกว่าใยแก้ว E-glass แต่ปริมาณการผลิตก็ค่อนข้างน้อยเช่นกัน และ ABM Composite กำลังมองหาโอกาสต่างๆ เพื่อขยายการใช้งานและอำนวยความสะดวกในการเพิ่มกำลังการผลิตเป็น 20,000 ตันต่อปีเมื่อความต้องการเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจช่วยลดต้นทุนได้เช่นกัน ถึงกระนั้น Rosling กล่าวว่าในหลายกรณี ต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความยั่งยืนและกฎระเบียบใหม่ๆ ยังไม่ได้รับการพิจารณาอย่างครบถ้วน ในขณะเดียวกัน ความเร่งด่วนในการรักษาสิ่งแวดล้อมก็เพิ่มมากขึ้น “สังคมกำลังผลักดันผลิตภัณฑ์ชีวภาพมากขึ้น” เขากล่าวอธิบาย “มีแรงจูงใจมากมายที่จะผลักดันเทคโนโลยีการรีไซเคิลไปข้างหน้า โลกจำเป็นต้องก้าวไปข้างหน้าเร็วขึ้นในเรื่องนี้ และผมคิดว่าสังคมจะยิ่งผลักดันผลิตภัณฑ์ชีวภาพมากขึ้นในอนาคต”

ข้อได้เปรียบด้าน LCA และความยั่งยืน

รอสลิงกล่าวว่า วัสดุของ ABM Composite ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและการใช้พลังงานที่ไม่หมุนเวียนได้ 50-60 เปอร์เซ็นต์ต่อกิโลกรัม “เราใช้ฐานข้อมูลรอยเท้าทางสิ่งแวดล้อมเวอร์ชัน 2.0 ชุดข้อมูล GaBi ที่ได้รับการรับรอง และการคำนวณ LCA (การวิเคราะห์วัฏจักรชีวิต) สำหรับผลิตภัณฑ์ของเราโดยอิงตามวิธีการที่ระบุไว้ใน ISO 14040 และ ISO 14044”

“ปัจจุบัน เมื่อวัสดุคอมโพสิตหมดอายุการใช้งาน จะต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการเผาหรือย่อยสลายด้วยความร้อนสูง ซึ่งการบดและทำปุ๋ยหมักเป็นทางเลือกที่น่าสนใจ และเป็นหนึ่งในคุณค่าหลักที่เรานำเสนอ และเรากำลังนำเสนอวิธีการรีไซเคิลรูปแบบใหม่” รอสลิงกล่าว “ใยแก้วของเราทำจากส่วนประกอบแร่ธาตุธรรมชาติที่มีอยู่แล้วในดิน ดังนั้นทำไมไม่นำส่วนประกอบคอมโพสิตที่หมดอายุการใช้งานไปทำปุ๋ยหมัก หรือละลายเส้นใยจากคอมโพสิตที่ไม่สามารถย่อยสลายได้หลังจากการเผา และนำไปใช้เป็นปุ๋ยล่ะ? นี่เป็นทางเลือกในการรีไซเคิลที่ทั่วโลกให้ความสนใจอย่างแท้จริง”

บริษัท เซี่ยงไฮ้ โอริเซน นิว แมททีเรียล เทคโนโลยี จำกัด
M: +86 18683776368 (ใช้งาน WhatsApp ได้เช่นกัน)
โทร: +86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
ที่อยู่: เลขที่ 398 ถนนนิวกรีน เมืองซินปัง เขตซงเจียง เซี่ยงไฮ้