Kolmannen sukupolven biomuovit

Abstract

Muovit ovat kriittisiä useissa sovelluskohteissa, ja niille on vaikea löytää korvaajaa. Valtaosa muoveista on fossiiliperäisiä. Niihin liittyy kuitenkin haittoja, kuten uusiutumaton ja rajallinen raaka-aine sekä roskaantuminen. Siksi on alettu kehittämään biomuoveja, joiden raaka-aine on peräisin luonnosta. Suurin osa nykyään tuotannossa olevista biomuoveista ovat kuitenkin peräisin ihmis- ja eläinravinnoksi kelpaavista raaka-aineista. Tämä ei ole kestävä raaka-ainemalli, mikä on johtanut uusien raaka-aineiden kehittämiseen. Uusimmista innovaatioista käytetään termiä ”kolmannen sukupolven biomuovit”. Työn tavoitteena on selvittää mitä biomuovit ovat ja kuinka kolmannen sukupolven biomuovit eroavat edeltäjistään. Työ jakaantuu kahteen alueeseen. Aluksi käsitellään biomuovia yleisesti ja siihen liittyviä määritelmiä. Tämän jälkeen esitellään ensimmäisen ja toisen sukupolven biomuoveja, josta syvennytään kolmanteen sukupolveen. Biomuovin määritelmä on monitulkinnainen. Mielenkiintoinen havainto oli, että biomuovi voi olla fossiiliperäinen, jos se on biohajoava. Toinen havainto liittyi biohajoavuuteen. Biohajoavuutta ei ole tarkkaan standardoitu vaan siihen vaikuttaa hajoamisaika ja maantieteellinen sijainti. Raaka-aineiden valintaan vaikuttaa merkittävästi ympäristövaikutukset, joiden minimoimiseksi jätteiden käsittelyä ja tuotantoprosesseja kehitetään. Nykyään eniten käytössä olevat biomuovit käyttävät raaka-aineinaan syötäväksi kelpaavia luonnontuotteita, kuten maissia ja sokeriruokoa. Tämä ei kuitenkaan ole kestävä pohja tuotantotarpeen kasvaessa vuosi vuodelta. Uudet ratkaisut käyttävät raaka-aineinaan esimerkiksi levää, metaania ja hiilidioksidia. Levät ovat monipuolisia raaka-aineita: ne kykenevät tehokkaaseen fotosynteesiin, kasvavat nopeasti ja niiden tuotanto ei häiritse muita tuotantovirtoja. Metaanin käyttö raaka-aineena puolestaan perustuu metanotrofi-mikro-organismien hyödyntämiseen, jotka käyttävät metaania tuottaessaan PHB:tä eli polyhydroksibutyraattia. Metaania voidaan kerätä kaatopaikalta, jossa sitä vapautuu hajoamistuotteena. Hiilidioksidia saadaan prosesseista, joissa sitä vapautuu. Suurin haaste hiilidioksidin kanssa on sen stabiilius, joka tarkoittaa suurta energiantarvetta polymeroinnissa. Siihen tarvittavan energian vähentämiseksi kehitetään erilaisia katalyyttejä. Hiilidioksidia voidaan käyttää suoraan monomeerina tai epäsuorasti muuntamalla se ensin toiseksi yhdisteeksi, jota käytetään monomeerin syntetisointiin. Kolmannen sukupolven biomuovien päätyminen markkinoille on vasta alussa, mutta toteutumassa.