Polylaktidin kompostoitumiseen vaikuttavat tekijät
Niemi, Aino (2025)
2025
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
2025-09-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202509028898
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202509028898
Tiivistelmä
Muovimateriaalien kulutuksen kasvaessa myös syntyvän muovijätteen määrä kasvaa jatkuvasti. Muovijätettä kertyy loppusijoituskohteisiin sekä luontoon eikä sen polttaminen energiantuotannoksi ole kasvihuonekaasupäästöjen vuoksi kannattava vaihtoehto. Biohajoavat polymeerimateriaalit tarjoavat ratkaisun tähän ongelmaan. Ne voidaan elinkaarensa lopussa hävittää kompostoimalla. Suuressa mittakaavassa kompostointi tapahtuu teollisissa kompostointilaitoksissa, joissa biohajoavat muovit hajoavat lämmön, veden ja mikrobitoiminnan vaikutuksesta muun orgaanisen jätteen kanssa.
PLA on eräs yleisimmistä biohajoavista polymeerimateriaaleista. Sen ongelmana kuitenkin on, että se hajoaa suhteellisen hitaasti kompostiolosuhteissa. PLA:n tehokkaaseen kompostointiin vaaditaan tarkoin hallitut olosuhteet. Tämän työn tarkoituksena on selvittää kirjallisuuteen perustuen, miten kompostin eri olosuhdetekijät vaikuttavat PLA:n hajoamiseen, ja millaiset toimenpiteet kunkin tekijän osalta edistävät hajoamista tehokkaimmin. Tarkasteltavia olosuhdetekijöitä ovat kompostin lämpötila, pH-arvo, kosteus, hapen saatavuus, typen saatavuus ja mikrobipopulaation koostumus.
Työssä tarkasteltiin ensin PLA:n rakennetta ja hajoamismekanismeja kompostissa. Todettiin, että PLA hajoaa kompostiolosuhteissa kahdessa vaiheessa, jotka ovat abioottinen hydrolyysi ja entsymaattinen hajoaminen. Havaittiin, että lämpötilan nostaminen PLA:n lasisiirtymälämpötila-alueelle tehostaa sen hajoamista eniten. Lämpötilan nosto vaikuttaa erityisesti abioottisen hydrolyysin nopeuteen, mutta tehostaa myös mikro-organismien kasvua ja lisääntymistä. Kompostin pH-arvon muutoksilla taas huomattiin olevan ristiriitaisia vaikutuksia PLA:n hajoamisen kannalta. Hapan tai emäksinen ympäristö katalysoi PLA:n abioottista hydrolyysireaktiota, mutta samalla rajoittaa mikrobiaktiivisuutta. Täten todettiin, että pH ei saa kompostissa laskea merkittävästi. Suhteellisen kosteuden (RH) nostamisen huomattiin tehostavan sekä abioottista hydrolyysiä, että mikrobiaktiivisuutta.
Lisäksi työssä havaittiin, että kompostin happipitoisuuden on pysyttävä riittävän korkeana, jotta aerobisten mikro-organismien metaboliset reaktiot eivät hidastu. Hapen saatavuutta voidaan parantaa esimerkiksi kääntämällä kompostimassaa mekaanisesti. Myös typen ja hiilen saatavuus oikeassa suhteessa on tärkeää mikrobiaktiivisuuden kannalta. Todettiin, että PLA:n kompostointi oli tehokkainta typpi-hiili-suhteen ollessa 1:30. Tarkastelussa huomattiin, että bioaugmentiaatio- ja biostimulaatiotekniikoilla kyettiin nopeuttamaan PLA:n hajoamista kompostissa. Bioaugmentaatiossa kompostiin lisätään valikoituja mikrobikantoja, jotka tehostavat PLA:n hajoamista, kun taas biostimulaatiossa on kyse rajoittavien ravinteiden lisäämisestä systeemiin.
PLA on eräs yleisimmistä biohajoavista polymeerimateriaaleista. Sen ongelmana kuitenkin on, että se hajoaa suhteellisen hitaasti kompostiolosuhteissa. PLA:n tehokkaaseen kompostointiin vaaditaan tarkoin hallitut olosuhteet. Tämän työn tarkoituksena on selvittää kirjallisuuteen perustuen, miten kompostin eri olosuhdetekijät vaikuttavat PLA:n hajoamiseen, ja millaiset toimenpiteet kunkin tekijän osalta edistävät hajoamista tehokkaimmin. Tarkasteltavia olosuhdetekijöitä ovat kompostin lämpötila, pH-arvo, kosteus, hapen saatavuus, typen saatavuus ja mikrobipopulaation koostumus.
Työssä tarkasteltiin ensin PLA:n rakennetta ja hajoamismekanismeja kompostissa. Todettiin, että PLA hajoaa kompostiolosuhteissa kahdessa vaiheessa, jotka ovat abioottinen hydrolyysi ja entsymaattinen hajoaminen. Havaittiin, että lämpötilan nostaminen PLA:n lasisiirtymälämpötila-alueelle tehostaa sen hajoamista eniten. Lämpötilan nosto vaikuttaa erityisesti abioottisen hydrolyysin nopeuteen, mutta tehostaa myös mikro-organismien kasvua ja lisääntymistä. Kompostin pH-arvon muutoksilla taas huomattiin olevan ristiriitaisia vaikutuksia PLA:n hajoamisen kannalta. Hapan tai emäksinen ympäristö katalysoi PLA:n abioottista hydrolyysireaktiota, mutta samalla rajoittaa mikrobiaktiivisuutta. Täten todettiin, että pH ei saa kompostissa laskea merkittävästi. Suhteellisen kosteuden (RH) nostamisen huomattiin tehostavan sekä abioottista hydrolyysiä, että mikrobiaktiivisuutta.
Lisäksi työssä havaittiin, että kompostin happipitoisuuden on pysyttävä riittävän korkeana, jotta aerobisten mikro-organismien metaboliset reaktiot eivät hidastu. Hapen saatavuutta voidaan parantaa esimerkiksi kääntämällä kompostimassaa mekaanisesti. Myös typen ja hiilen saatavuus oikeassa suhteessa on tärkeää mikrobiaktiivisuuden kannalta. Todettiin, että PLA:n kompostointi oli tehokkainta typpi-hiili-suhteen ollessa 1:30. Tarkastelussa huomattiin, että bioaugmentiaatio- ja biostimulaatiotekniikoilla kyettiin nopeuttamaan PLA:n hajoamista kompostissa. Bioaugmentaatiossa kompostiin lisätään valikoituja mikrobikantoja, jotka tehostavat PLA:n hajoamista, kun taas biostimulaatiossa on kyse rajoittavien ravinteiden lisäämisestä systeemiin.