Ekologiset vaihtoehdot muoveille avain kestävän kehityksen ponnisteluihin: Ovatko biohajoavat muovit ratkaisu?

Läsnäolo ja mikromuovien kertymä ekosysteemissämme on hyvin dokumentoitua, ja viimeaikaiset todisteet viittaavat siihen, että ne aiheuttavat haitallisia vaikutuksia erilaisiin biologisiin prosesseihin. Kun jatkamme mikromuovien havaitsemista keuhkoissamme, valtimoissamme ja jopa istukassa, opimme edelleen niiden vaikutuksista ympäristöön ja ihmisten terveyteen. 

Ihmisten laaja muovin käyttö on johtanut mikromuoveihin, jotka pysyvät ympäristössä. Mikromuovit ovat pieniä fragmentteja, yleensä 5 millimetrin (mm) ja 500 mikrometrin (µm) välillä, jotka irtoavat jokapäiväisistä muovituotteista. 

Nämä hiukkaset ovat peräisin pulloista, pusseista, pakkausmateriaaleista ja muista muovilähteistä sekä rengaskulumisesta, synteettisistä tekstiileistä ja henkilökohtaisista hoitotuotteista peräisin olevista mikropalloista. Mikromuoveja muodostuu yleensä erilaisista fysikaalisista ja kemiallisista prosesseista, kuten hankaamisesta, UV-hajoamisesta, valmistusprosesseista sekä fyysisiä tai kemiallisia sirontaprosesseja. 

Mikromuovien kertymä luonnolliseen ympäristöön, kuten meriin, sademeteihin ja maaperään, johtuu öljypohjaisten muovipolymeerien kemiallisesta luonteesta. Nämä polymeerit ovat suuria molekyylejä, jotka koostuvat monista pienemmistä, monomeereiksi kutsutuista, yksiköistä. Näitä laajasti käytettyjä muoveja ei yleensä ole biologisen käsittelyn saavutettavissa. 

Koska ne ovat lähes hajottamattomia ja kestävät kymmeniä tai satoja vuosia hajoamisen ennen, tarve perinteisille öljypohjaisille muoveille ja mikromuoveille kasvaa. Ratkaisuna tähän on kehittää muoveja, jotka eivät tuota pysyviä mikromuoveja normaalin elinkaarensa aikana. 

Vaikka muovi kerättäisiin ja kierrätettäisiin asianmukaisesti, se silti tuottaa mikromuoveja normaalin kulumisen, kierrätys- tai pesuprosessien seurauksena. Jotta tätä voitaisiin estää, meidän on kehitettävä uusia muovimateriaaleja, jotka ovat täysin biohajoavia, eli ne hajoavat nopeasti elävien organismien vaikutuksesta ympäristössä. 

Jotta tätä voitaisiin edistää, uusi tutkimus Algenesis Corporatelta sekä Kalifornian yliopiston San Diegon tiedemiehiltä ja professoreilta loi kasvipohjaisen polymerin, joka biohajoaa mikromuovitasolla seitsemän kuukauden kuluessa. 

Biohajoaminen on prosessi, jossa mikrobit hajottavat polymerit yksinkertaisemmiksi molekyyleiksi. Näitä molekyylejä voidaan käyttää hiilen lähteenä biomassan tuottamiseen. Jotta näin tapahtuu, polymerissa täytyy olla kemiallisia sidoksia, erityisesti sen pääasiallisessa selkärankarakenteessa. 

Tämä johtuu siitä, että ne ovat fyysisesti saavutettavissa entsyymeille, jotka luonnollisesti tunnistavat nämä sidokset substraatteina. Enzymatiivisen leikkauksen kautta vapautuvat monomeerimolekyylit voidaan sen jälkeen kuluttaa mikro-organismeilla. 

Luonnollisessa ympäristössämme tämä koko prosessi toteutuu yleensä bakteereita ja sieniä sisältävän mikrobiryhmän toimesta. Nämä mikrobit erittävät hydrolyyttisiä entsyymejä, jotka hajottavat polymerin vapauttaen erilaisia oligomeerejä ja monomeerejä, joita mikrobit käyttävät hiilen ravinnelähteenä. 

Seuraavaksi tapahtuu polymerista peräisin olevien monomeerien ja oligomeerien katabolia, jossa monimutkaiset molekyylit hajoavat. Tämä prosessi tuottaa organismien biomassaa ja CO2:ta hengityksen kautta.  

Asia on se, että vaikka biopohjaiset materiaalit voidaan johdattaa luonnollisista uusiutuvista lähteistä, niiden rajoitettu biohajoavuus saa ne pysymään ympäristössä. Tämä kestävyys voi myös johtua kemiallisesta käsittelystä, joka tekee niistä biologisesti hajotuksen ulottumattomia. 

Biohajoavia materiaaleja voidaan todellakin valmistaa öljystä ja muista fossiilisista resursseista, koska biohajoavuus riippuu materiaalin ominaisuuksista eikä sen lähteestä.

Mahdottoman Saavuttaminen

Tutkimus, joka sai rahoitustukea Yhdysvaltain energiaministeriöltä (DOE), pyrkii löytämään biohajoavia korvaavia materiaaleja jo olemassa oleville materiaaleille. Kuitenkin materiaalien löytäminen, jotka eivät keräänny ympäristöön, on “ei helppoa”, sanoi yhteiskirjoittaja Michael Burkart, joka on myös Algenesisin perustaja. 

Materiaalitieteen yrityksen patentoitu Soleic™-teknologia on maailman ensimmäinen uusiutuva, täysin biohajoava ja korkean suorituskyvyn muovimateriaali, joka on valmistettu kasveista. Algenesis käyttää tätä materiaaliteknologiaa kenkien, surffilautojen ja jalkineiden valmistukseen. Burkartin, UC San Diegon kemian ja biokemian professorin, mukaan:

“Olemme vasta alkamassa ymmärtää mikromuovien vaikutuksia. Olemme raapanneet vain pintaa ympäristö- ja terveysvaikutuksista.” 

Keskustellessaan työstään, Algenesisin yhteiskirjoittaja ja -perustaja Robert Pomeroy, joka kuten Burkartkin omistaa osakkeita yhtiössä ja toimii kemian ja biokemian professorina, totesi, että he loivat aluksi leväpohjaisia polymeereja yli puoli vuosikymmentä sitten. He ymmärsivät, että tämä polymeeri olisi täysin biohajoava, kykenevä “häviämään kompostissa”.

Ensimmäistä kertaa tiimi sai mahdollisuuden mitata sitä mikropartikkelitason tarkkuudella. Tätä varten he jauhoivat materiaalin hienoksi mikropartikkeleiksi, ja vahvistaakseen, että mikrobit hajottivat sen, tiimi käytti kolmea erilaista mittausvälinettä.

Ensimmäinen väline oli respirometri, jonka avulla mitattiin hiilidioksidia (CO2), joka vapautui, kun mikrobit hajottivat materiaalin. Vertailtaessa selluloosan hajoamista alan sataan prosenttiin biohajoavuuden standardiin, tulokset osoittivat, että kasvipohjainen polymeeri vastaa selluloosaa lähes 100 prosentilla.

Toinen käytetty väline oli vesikellunta, menetelmä, joka hyödyntää sitä, että muovit ovat liukenemattomia ja kelluvat vedessä, jolloin ne on helppo poistaa pinnalta. 90 ja 200 päivän välein tehdyt testit osoittivat, että lähes kaikki öljypohjaiset mikromuovit saatiin talteen. Sen sijaan leväpohjaisten mikromuovien talteenotto oli vain 32 % yhdeksän päivän jälkeen ja vaivoin 3 % 200 päivän jälkeen, mikä osoittaa niiden korkean biohajoavuuden.

Kaasukromatografia/massaspektrometrian (GCMS) kemiallisessa analyysissä havaittiin monomeerien läsnäolo, mikä osoittaa, että polymeeri hajoaa alkuperäisiksi kasvimateriaaleiksi. 

“Tämä materiaali on ensimmäinen muovi, jonka on osoitettu eivätkä sen käyttö tuota mikromuoveja.”

– Yhteiskirjoittaja Stephen Mayfield, Algenesisin perustaja

Hän lisäsi edelleen:

“Tämä on enemmän kuin vain kestävä ratkaisu tuotteen elinkaaren loppuun ja ruuhkaisille kaatopaikoille. Tämä on itse asiassa muovi, joka ei tule saastuttamaan meitä.”

Vaikka merkittävää edistystä on saavutettu, tämä on vasta alkua. Seuraava vaihe on sovittaa uusi materiaali käytettäväksi perinteiselle muoville suunnitellun nykyisen valmistuslaitteiston kanssa. Tämän vuoksi Algenesis on solminut kumppanuuksia useiden yritysten kanssa, jotta he voivat valmistaa tuotteita kasvipohjaisilla polymeereilla. Näihin yhteistyöhön kuuluvat Trelleborgin leväpohjaisten polymeerien käyttö päällystetyissä kankaissa sekä mobiilipuhelimen koteloiden valmistus RhinoShieldin kanssa.

Burkartin mukaan:

“Kun aloitimme tämän työn, meille kerrottiin, että se on mahdotonta. Nyt näemme toisenlaisen todellisuuden. Edessä on paljon tehtävää, mutta haluamme antaa ihmisille toivoa. Se on mahdollista.”

Ovatko biohajoavat muovit tulevaisuus?

Kuten näemme, muovialaa on käymässä läpi muutos. Tämä on tärkeää, koska muovi muodostaa noin 14 % jätteistämme, ja suurin osa siitä päätyy mereen. Tilastollisesti tuotamme tällä hetkellä yli 350 miljoonaa metristä tonnia muovijätettä vuodessa, jonka odotetaan nousevan miljardiin metristä tonnia vuoteen 2060 mennessä, jos nykyisiä politiikkoja ei muuteta.

Kun tarkastellaan suurimman osan muovimateriaalien elinkaarta, käy ilmi, että 79 % kaikesta tuotetusta muovista päätyy kaatopaikoille tai ympäristöön, kun taas vain 12 % poltetaan ja 9 % kierrätetään. Huolimatta merkittävästä kierrätyksen kasvusta viimeisten neljän vuosikymmenen aikana, ei-kuituisten muovien kierrätys on juuttunut 18 %:iin, ja tekstiilikuituja kierrätetään lähes ei lainkaan. Tämä pysähtyneisyys johtuu pitkälti hallitsevan kierrätysmenetelmän rajoituksista, jotka perustuvat muovijätteen muuntamiseen uusiin muotoihin lämmön ja mekaanisen voiman avulla, jolloin syötteen laatu on tärkeä.

Tässä taustassa yhä useammat yritykset ympäri maailmaa ryhtyvät toimiin vähentääkseen perinteisen muovin käyttöä ja korvatakseen sen kestävämmillä ja ympäristövastuullisemmilla vaihtoehdoilla.

Biohajoavat muovit sisältävät biomuoveja, joiden komponentit ovat peräisin uusiutuvista raaka-aineista, sekä muoveja, joihin on lisätty biohajoavia lisäaineita niiden hajoamisen parantamiseksi.

Biomuoveja valmistetaan tyypillisesti bio-pohjaisista polymeereista, ja ne voivat edistää kestävämpää kaupallista muovien elinkaarta. Tässä polymeerit valmistetaan uusiutuvista tai kierrätetyistä raaka-aineista. Bio-pohjaisilla muoveilla on yleensä pienempi hiilijalanjälki verrattuna fossiilipohjaisiin muoveihin. Ne osoittavat myös edullisia materiaalin ominaisuuksia ja voivat olla yhteensopivia nykyisten kierrätysvirtojen kanssa.

Kaikki tämä, yhdessä kasvavan tietoisuuden, tutkimuksen ja investointien kanssa muovialalla, on johtanut biohajoavien muovien yleistymiseen arjessamme.

Vaikka olemme kaukana perinteisen muovin merkittävästä poistamisesta elämästämme, tehdään monia rohkaisevia toimenpiteitä. Tämä sisältää biohajoavien materiaalien löytämisen tuotteiden valmistukseen. Tietenkin muovin korvaaminen on vaikeaa monissa sovelluksissa, mutta lähitulevaisuudessa monet tuotteet valmistetaan ympäristöystävällisemmässä tavalla.

Ympäristöystävälliset tuotteet ovat saavuttaneet suurimman suosion elintarvikepakkaussektorilla, joka kattaa noin 39 % kaikista tuotetuista muoveista. Tämä korostaa selvästi biohajoavien muovien suuria mahdollisuuksia alalla. Esimerkiksi tuotteen mukaan muovipullot voitaisiin korvata biohajoavilla materiaaleilla, jotka soveltuvat paitsi elintarvikepakkaamiseen myös ravintolisissä.

Ruokakupit ovat toinen hyvä esimerkki (lusikoiden, teelusikoiden, haarukoiden ja kupillisten lisäksi), joissa biohajoavien materiaalien käyttö mahdollistaisi sekä astian että sen sisällön heittämisen yhteen roskakoriin. Muita biohajoavia materiaaleja hyödyntäviä tuotteita ovat kahvikapselit, hedelmien ja vihannesten pussit sekä roskapussit.

Biohajoavat muovit tarjoavat laajan valikoiman mahdollisuuksia monipuolisen pakkaamisen valmistukseen, samalla kun ne palvelevat paremmin monien pakkaussovellusten tarpeita, kuten joustavuutta, painettavuutta ja esteettisiä parannuksia.

Viimeaikaiset tiedot osoittavat, että maailmanlaajuisella biohajoavan pakkaamisen markkinalla on valtava kasvupotentiaali; vuonna 2022 sen arvo oli noin 87 miljardia dollaria, ja vuoteen 2029 mennessä sen odotetaan kasvavan 6,96 %:n CAGR:lla. Kaikista alasegmenteistä muovi on tuottoisin ja sen odotetaan laajentuvan nopeammin kuin mikään muu materiaalityyppi.

Erityisesti biomuovi, lupaava vaihtoehto öljypohjaisille polymeereille, voi vähentää sekä fossiilisten polttoaineiden riippuvuuttamme että ilmastonmuutokseen vaikuttavia päästöjä.

Yleisimmin saatavilla olevat biohajoavat muovit ovat peräisin tärkkelyksestä tai selluloosasta, kuten polylaktidi (PLA), poly-3-hydroksibutyraatti (PHB) ja polyhydroksialkanoaatit (PHA). Näitä materiaaleja käytetään usein juoma-, lääke-, henkilö- ja kotitaloustuotteiden teollisuudessa, koska ne ovat kierrätettäviä ja biohajoavia.

Pakkausten lisäksi biohajoavia muoveja voidaan soveltaa maatalousalalla, jossa niitä voidaan käyttää peitteinä, joiden kierrätys on melko kallista. Kompostoituvat peitteet poistaisivat jätteen keräämisen tarpeen, koska ne katoaisivat muutamassa kuukaudessa jättämättä mikromuoveja, jotka pysyisivät vuosikymmeniä.

Vaikka biohajoavilla muoveilla on monia etuja ja sovelluksia, niihin liittyy myös haittoja, kuten korkeammat kustannukset ja negatiiviset vaikutukset maatalouteen. Kuitenkin kehittyvät biologiset ja kemialliset menetelmät, teknologiset edistysaskeleet, taloudelliset kannustimet ja selkeät säädökset voivat auttaa biomuovien laajamittaisessa soveltamisessa ja tuoda kestävän vaikutuksen.

Tämän vuoksi tutkijat tutkivat aktiivisesti parempia materiaaleja ja puhtaampia tuotantomenetelmiä parannettujen ominaisuuksien ja seuraavan sukupolven sovellusten saavuttamiseksi. Eurooppa johtaa tällä hetkellä biomuovien kaupallista valmistusta 43,5 %:lla, ja sen odotetaan nousevan 7,6 miljoonaan tonniin vuoteen 2026 mennessä. 

Johtopäätös

Vuosien tutkimusten jälkeen on nyt hyvin tiedossa, että mikromuovit kerääntyvät kaikkiin fyysisiin ympäristöihin, kuten vesistöihin, maaperään ja sademeteihin, ja ne leviävät jopa ilmaan. Yleisen läsnäolonsa vuoksi mikromuovit ovat nyt osa ravintoketjua, ja todisteet viittaavat siihen, että ne voivat aiheuttaa merkittävää haittaa ihmisille, eläimille ja ekosysteemeille.

Tämä on käynnistänyt tutkimuksen biohajoavien materiaalien parissa, jotka tarjoavat ympäristöystävällisemmän vaihtoehdon perinteisille muoveille. Uusien materiaalien kehittämisen lisäksi pyritään toteuttamaan yleisiä standardeja. Lisäksi tarvitaan käyttäytymismuutoksia, jotta käytetään vähemmän muovia ja lisätään biomuoveista valmistettujen tuotteiden käyttöä.  

Yhdessä ne varmasti voivat tuoda positiivisen vaikutuksen vähentämällä muovijätteen kriisiä ja hiilidioksidipäästöjä. On kuitenkin tärkeää huomata, että jopa biohajoava muovi tarvitsee asianmukaiset kompostointiehdot, jotta se täyttää lupauksensa. Kaiken kaikkiaan teemme asteittaisia askeleita kohti vihreämpää tulevaisuutta.

Klikkaa tästä saadaksesi luettelon viidestä parhaasta biomuoviyrityksestä.