Biohajoavat polymeerit jätteenkäsittelyssä
Hintsanen, Emmi (2022)
Hintsanen, Emmi
2022
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-08-02
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202207156068
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202207156068
Tiivistelmä
Biohajoavia polymeerejä on esitetty ympäristöystävälliseksi vaihtoehdoksi perinteisille polymeereille, sillä niiden ei tulisi elinkaarensa lopussa lisätä poltettavan tai kaatopaikoille päätyvän jätteen määrää. Tässä työssä tutkitaan yleisimpiä biohajoavia polymeerejä ja niille soveltuvia jätteenkäsittelymenetelmiä. Työn tavoitteena on selvittää, millaisia yleisimpien biohajoavien polymeerien ominaisuudet, käyttökohteet ja biohajoamismekanismit ovat, mitkä jätteenkäsittelymenetelmät soveltuvat biohajoaville polymeereille ja mitä haasteita ne aiheuttavat eri jätteenkäsittelyprosesseissa.
Työssä tutkittiin seitsemää yleisintä biohajoavaa polymeerimateriaalia, jotka on jaoteltu raaka-ainepohjan mukaan öljypohjaisiin sekä biopohjaisiin polymeereihin. Ensimmäisenä työssä selvitettiin näiden polymeerien tärkeimmät ominaisuudet ja käyttökohteet sekä biohajoamismekanismit. Tämän jälkeen selvitettiin, mitkä jätteenkäsittelymenetelmät soveltuvat eri biohajoaville polymeereille, ja lopuksi tutkittiin biohajoavien polymeerien aiheuttamia ongelmia jätteenkäsittelyprosesseissa. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena.
Tutkimus osoittaa, että yleisimmillä biohajoavilla polymeereillä on useimmissa tapauksissa hyvät, lähes perinteisten polymeerien kaltaiset mekaaniset ominaisuudet, ja niiden yleisimpiä käyttökohteita ovat erilaiset pakkaukset ja kulutustuotteet. Biohajoavista polymeereistä tärkkelystä ja selluloosaa tulee modifioida ennen kuin ne soveltuvat prosessoitavaksi perinteisten biohajoamattomien polymeerien prosessointimenetelmillä.
Tutkimuksessa havaitaan, että biohajoaville polymeereille soveltuvia jätteenkäsittelymenetelmiä on useita: ne soveltuvat kompostointiin, anaerobiseen hajottamiseen, poltettavaksi sekä mekaanisesti ja kemiallisesti kierrätettäväksi. Biologisissa jätteenkäsittelymenetelmissä eli kompostoinnissa ja anaerobisessa hajottamisessa biohajoavat polymeerit hajoavat helpommin ja täydellisemmin korkeammissa lämpötiloissa ja hyvin kontrolloiduissa olosuhteissa. Kemiallinen ja mekaaninen kierrätys sopivat vain osalle biohajoavista polymeereistä, sillä ne rikkovat polymeerien rakennetta, ja kierrätyksen kaupallisen mittakaavan hyödynnys on vähäisempää. Polttaminen taas on soveltuva jätteenkäsittelymenetelmä kaikille yleisimmille biohajoaville polymeereille.
Työssä havaitaan myös, että biohajoavat polymeerit aiheuttavat myös ongelmia jätteenkäsittelyssä, ja nämä ongelmat voivat olla tietyille prosessointimenetelmille ominaisia tai liittyä yleisesti biohajoavien polymeerien käyttäytymiseen jätteenkäsittelyssä. Yleisimpiä biohajoavien polymeerien jätteenkäsittelyn ongelmia ovat polymeerien biohajoamisnopeuden ja hajoamisolosuhteiden kontrolloinnin vaikeus, käsittelylaitteistoon takertuminen eri prosesseissa sekä perinteisten muovien saastuminen kierrätyksessä ja riittävän kierrätysinfrastruktuurin puuttuminen.
Työssä tutkittiin seitsemää yleisintä biohajoavaa polymeerimateriaalia, jotka on jaoteltu raaka-ainepohjan mukaan öljypohjaisiin sekä biopohjaisiin polymeereihin. Ensimmäisenä työssä selvitettiin näiden polymeerien tärkeimmät ominaisuudet ja käyttökohteet sekä biohajoamismekanismit. Tämän jälkeen selvitettiin, mitkä jätteenkäsittelymenetelmät soveltuvat eri biohajoaville polymeereille, ja lopuksi tutkittiin biohajoavien polymeerien aiheuttamia ongelmia jätteenkäsittelyprosesseissa. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena.
Tutkimus osoittaa, että yleisimmillä biohajoavilla polymeereillä on useimmissa tapauksissa hyvät, lähes perinteisten polymeerien kaltaiset mekaaniset ominaisuudet, ja niiden yleisimpiä käyttökohteita ovat erilaiset pakkaukset ja kulutustuotteet. Biohajoavista polymeereistä tärkkelystä ja selluloosaa tulee modifioida ennen kuin ne soveltuvat prosessoitavaksi perinteisten biohajoamattomien polymeerien prosessointimenetelmillä.
Tutkimuksessa havaitaan, että biohajoaville polymeereille soveltuvia jätteenkäsittelymenetelmiä on useita: ne soveltuvat kompostointiin, anaerobiseen hajottamiseen, poltettavaksi sekä mekaanisesti ja kemiallisesti kierrätettäväksi. Biologisissa jätteenkäsittelymenetelmissä eli kompostoinnissa ja anaerobisessa hajottamisessa biohajoavat polymeerit hajoavat helpommin ja täydellisemmin korkeammissa lämpötiloissa ja hyvin kontrolloiduissa olosuhteissa. Kemiallinen ja mekaaninen kierrätys sopivat vain osalle biohajoavista polymeereistä, sillä ne rikkovat polymeerien rakennetta, ja kierrätyksen kaupallisen mittakaavan hyödynnys on vähäisempää. Polttaminen taas on soveltuva jätteenkäsittelymenetelmä kaikille yleisimmille biohajoaville polymeereille.
Työssä havaitaan myös, että biohajoavat polymeerit aiheuttavat myös ongelmia jätteenkäsittelyssä, ja nämä ongelmat voivat olla tietyille prosessointimenetelmille ominaisia tai liittyä yleisesti biohajoavien polymeerien käyttäytymiseen jätteenkäsittelyssä. Yleisimpiä biohajoavien polymeerien jätteenkäsittelyn ongelmia ovat polymeerien biohajoamisnopeuden ja hajoamisolosuhteiden kontrolloinnin vaikeus, käsittelylaitteistoon takertuminen eri prosesseissa sekä perinteisten muovien saastuminen kierrätyksessä ja riittävän kierrätysinfrastruktuurin puuttuminen.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8709]