1. Wstęp
Wobec wyczerpywania się zasobów ropy naftowej, wysokich cen tego surowca oraz wzrostu znaczenia kwestii recyklingu odpadów, pierwszym z wdrażanych rozwiązań były badania nad technologią produkcji tworzyw sztucznych z surowców odnawialnych. Brazylijski koncern petrochemiczny Braskem jako pionier w tej dziedzinie opracował innowacyjną technologię polimeryzacji etylenu pochodzącego z alkoholu etylowego, wytwarzanego poprzez fermentację surowców roślinnych.
Drugi kierunek badań koncentrował się na opracowaniu technologii wytwarzania polimerów przydatnych do kompostowania, mogących zastąpić tworzywa tradycyjne, a jednocześnie charakteryzujących się podobnymi właściwościami. Szczególne zainteresowanie naukowców skupiło się tu wokół przetwarzalnych na typowych urządzeniach polimerów z naturalnych surowców odnawialnych [1]. Produkcję na niewielką skalę opakowań z takich materiałów rozpoczęto w roku 1995 [2], zaś w roku 1998 koncern Danone [3] jako jeden z pierwszych wprowadził na rynek niemiecki kubki z polilaktydu (PLA), dostarczone przez Autobar.
Polilaktyd (PLA) – poli (kwas mlekowy) – jest syntetycznym alifatycznym poliestrem wytwarzanym z kwasu mlekowego uzyskanego poprzez fermentację bakteryjną wielocukrów zawartych w produktach rolniczych (kukurydza, ziemniaki, trzcina cukrowa, buraki cukrowe itd.). Stanowi więc tworzywo polimerowe pochodzące ze źródeł odnawialnych. Kwas mlekowy, monomer budujący cząstki PLA, występuje w organizmach roślinnych oraz zwierzęcych jako produkt uboczny lub pośredni komórkowych procesów metabolicznych.
PLA znany jest od roku 1932, kiedy to Dupont otrzymał go po raz pierwszy poprzez ogrzewanie kwasu mlekowego w próżni. W 1954 r. został opatentowany proces oczyszczania poliestru. Z uwagi na wysokie koszty wytwarzania, polilaktyd stosowany był do głównie do celów medycznych. Dzięki opracowaniu technologii produkcji PLA przez fermentację glukozy, jego koszt znacznie zmalał, co przełożyło się na wzrost zainteresowania polimerem. Ekonomicznie najbardziej uzasadniona jest fermentacja prostych cukrów, takich jak glukoza, maltoza i dekstroza (otrzymywane ze skrobi ziemniaczanej lub kukurydzianej), sacharoza (z buraków cukrowych lub trzciny cukrowej) albo laktoza [4].
2. Technologie produkcji PLA
Jednym z pierwszych koncernów prowadzących prace nad rozwojem technologii wytwarzania polilaktydu był Cargill Inc.: prowadzone przezeń od roku 1987 prace badawcze doprowadziły do wdrożenia produkcji na salę pilotażową. W 1997 r. Cargill Inc. wraz z Dow Chemical Company, Inc. powołały wspólnie do życia przedsiębiorstwo Cargill Dow Polymers LLC, które zajęło się opracowaniem technologii wytwarzania grupy polimerów otrzymywanych przez polikondensację kwasu mlekowego uzyskanego ze skrobi kukurydzianej technologią fermentacji bakteryjnej – znanych pod nazwa handlową NatureWorks PLA. Cztery lata później Cargill Dow Polymers LLC uruchomił w Blair w amerykańskim stanie Nebraska zakład produkcyjny o rocznych zdolnościach 140 tys. ton. Koncern współpracuje także z kilkoma partnerami (Bimo Italia S.P.A., Mitsubishi Plastics Inc., Biocorp) nad rozwojem nowych polimerów do różnorodnych zastosowań [5].
Polimery NatureWorks PLA wytwarzane są w wielu odmianach, wykorzystywanych do:
n produkcji giętkich materiałów opakowaniowych (folie dwuosiowo orientowane, folie wielowarstwowe z warstwą zgrzewalną);
n wytłaczania folii sztywnych i termoformowania;
n formowania opakowań metodą wtrysku;
n laminowania papieru metodą wytłaczania [6].
Obecnie z materiałów tych produkuje się różne typy opakowań: kubki, pojemniki i tacki, a także butelki oraz torby foliowe i owinięcia, a nawet etykiety, w tym w formie termokurczliwych rękawów. Pierwszym na świecie wytwórcą, który do produkcji butelek do wody wykorzystał polimer NatureWorks, jest PLA BIOTA Brands of America, Inc. – testy wykazały, iż butelki do wody Biota w warunkach komercyjnych kompostowni ulegają biodegradacji w ciągu 75–80 dni. Amcor PET Packaging we współpracy z Husky oraz NatureWorks LLC zaprojektował i wyprodukował kształtki wstępne (preformy), a następnie butelki z PLA. Nowo wprowadzane na rynek butelki nadają się do przechowywania olejów jadalnych, niegazowanej wody mineralnej i soków owocowych, a także świeżego mleka. Amcor i Husky wspólnie pracowały nad rozwojem technologicznym preform i butelek z PLA, produkowanych na urządzeniach do formowania wtryskowego firmy Husky. Butelka przeznaczona do olejów jadalnych posiada nowy typ gwintu o nazwie Galileo produkcji Bericap, który charakteryzuje się zmniejszoną masą. Dzięki temu rozwiązaniu uzyskano butelkę lżejszą, wygodniejszą i bardziej praktyczną w użytkowaniu.
Warto zwrócić uwagę na fakt, iż polilaktyd może być wykorzystany w wielu sektorach przemysłu, takich jak m.in. produkcja części samochodowych i komputerowych, telefonów komórkowych, płyt CD. Prognoza wykonana na podstawie badań rynkowych przez Galactic Laboratories (Belgia) przewiduje, że PLA może stać się polimerem XXI wieku, o bardzo szerokim zastosowaniu. Wpłynie to również korzystnie na rozwój rynku rozmaitych dodatków i modyfikatorów stosowanych podczas przetwórstwa polilaktydu [7]. Wydaje się także, iż nie tylko rynek PLA, ale cały rynek polimerów biodegradowalnych będzie się szybko rozwijał wbrew sprzeciwom ruchów ekologicznych i organizacji społecznych, krytykujących wykorzystanie produkcji roślinnej do celów technicznych w sytuacji, gdy ponad 800 milionów ludzi w świecie cierpi z powodu głodu i niedożywienia [8]. Jak obrazuje schemat przedstawiony na rys. 1., wydajność surowców bazowych do produkcji polilaktydu jest wysoka: uprawa buraków cukrowych, kukurydzy i pszenicy o powierzchni około 1 ha daje możliwość wytworzenia 1 tony PLA.
Na świecie stosuje się kilka metod syntezy PLA. W skali przemysłowej największe znaczenie mają polimeryzacja z otwarciem pierścienia (ROP – Ring Opening Polymerisation) oraz bezpośrednia polikondensacja w rozpuszczalnikach o wysokiej temperaturze wrzenia (DP S – Direct Polycondensation in High Boiling Solvents) i bezpośrednia polikondensacja w masie z następującą po niej reakcją wydłużania łańcuchów poprzez dodatki reaktywne.
ROP jest technologią stosowaną do produkcji PLA na skalę masową. Pozostałe dotyczą produkcji mniejszych ilości oraz produkcji na skalę pilotażową. Rys. 2. przedstawia kolejne etapy w procesie ROP, poczynając od kwasu mlekowego. W pierwszej części produkcji formowany jest laktyd, który po dokładnym oczyszczeniu przetwarzany jest w PLA [10].
Zaletą PLA jest możliwość przetwarzania polimeru na powszechnie dostępnych urządzeniach do przetwórstwa tworzyw sztucznych (pewnych modyfikacji wymagają wytłaczarki do przetwarzania poliolefin). Istotna różnica w przetwórstwie polilaktydu w stosunku do tworzyw sztucznych to sposób obchodzenia się z granulatem. Polilaktyd wymaga dokładnego suszenia, może bowiem nastąpić degradacja polimeru. Zawartość wilgoci i wysokie temperatury (do 240°C) stanowią warunki sprzyjające szybkiemu rozkładowi.
PLA można przetwarzać poprzez:
n formowanie wtryskowe;
n wytłaczanie;
n wytłaczanie z rozdmuchem;
n termoformowanie;
n formowanie z rozciąganiem;
n formowanie wtryskowe z rozciąganiem.
3. Opakowania z PLA
Wzrost produkcji opakowań z polilaktydu wiąże się bezpośrednio z rolą opakowań w gospodarce rynkowej oraz ich ostateczną funkcją. Najważniejsze kwestie, jakie należy wziąć pod
uwagę przy projektowaniu i wprowadzaniu opakowań PLA, to:
n opłacalność ekonomiczna (porównanie cen PLA z cenami klasycznych tworzyw sztucznych);
n możliwość produkcji opakowań PLA o charakterystyce podobnej do opakowań z tworzyw sztucznych, w tym możliwość korzystania z takich samych procesów produkcyjnych (rozdmuch, wytłaczanie, termoformowanie itp.);
n ocena przydatności do różnych technik pakowania;
n zgodność z wymogami cyklu życia opakowań (opakow
ania winny spełniać swoje funkcje od momentu napełniania do zakupu przez ostatecznych konsumentów);
n możliwość uzyskania opakowań charakteryzujących się dobrymi walorami marketingowymi i użytkowymi (estetyka, kolor, funkcje, możliwość nadruku itp.);
n spełnienie wymagań dotyczących opakowań przeznaczonych dla różnych grup produktów (np. produktów spożywczych, kosmetycznych itp.);
n spełnienie wymagań zasadniczych Dyrektywy 94/62/WE;
n brak negatywnego wpływu opakowania na zawarty w nim produkt;
n ograniczanie negatywnego wpływu opakowania na środowisko naturalne.
Wykorzystanie opakowań z PLA winno pozostawać w zgodzie z przepisami krajowymi i unijnymi, nie może prowadzić do pogorszenia jakości produktu lub jego uszkodzenia czy wręcz zniszczenia (zwłaszcza że główne zastosowanie polilaktydu to opakowania żywności). Potencjalni nabywcy PLA – producenci opakowań – powinni również posiadać niezbędną wiedzę na temat cech tego tworzywa w różnych warunkach. Poruszone problemy uzasadniają potrzebę dalszych badań polilaktydu, zarówno laboratoryjnych, jak też w zakresie zastosowań rynkowych.
Jednym z przykładów wykorzystania w Polsce opakowań z polilaktydu lub z udziałem PLA są produkty oferowane przez przedsiębiorstwo cateringowe BORDO w Warszawie (rys. 4.-7.).
Doświadczenia z napełniania oraz użytkowania opakowań z PLA są pozytywne. Opakowania te spełniają warunki higieniczne przewidziane dla krótkiego okresu przydatności do spożycia wyrobów cateringowych (48 godz.), charakteryzują się walorami marketingowymi (estetyka produktów), a jednocześnie przez odbiorców postrzegane są jako ekologiczne. Problemem przy wprowadzaniu tego typu opakowań na rynek są jednak kwestie finansowe (opakowania sprowadza się z zagranicy, a ich cena jest zdecydowanie wyższa niż opakowań z tradycyjnych materiałów).
4. Przetwórstwo PLA
Przetwarzanie polilaktydu przewidziane jest na tradycyjnych urządzeniach do termoformowania wyrobów z konwencjonalnych tworzyw sztucznych. W ramach realizowanego w COBRO projektu CORNET [11] przeprowadzono testy przetwórcze PLA dla różnych parametrów wytłaczania sztywnych folii przewidzianych do termoformowania. Próby technologiczne optymalizacji przetwarzania polilaktydu poprzez wytłaczanie folii sztywnych przeprowadziła firma Przetwórstwo Tworzyw Sztucznych Ryszard Awłasewicz.
Do wytłaczania folii PLA wykorzystano linię firmy Diamat wyposażoną w wytłaczarkę jednoślimakową o średnicy ślimaka
100 mm i L/D=27 oraz głowicę płaską o szerokości dyszy 1600 mm, z regulowaną wielkością szczeliny i współpracującą z nią gładziarkę trójwalcową pionową o średnicy walców 400 mm, chłodzoną cieczą.
Po wykonaniu prób wytłaczania i na podstawie cyklu optymalizacji badań przetwórczych sformułowane zostały zalecenia dotyczące procesu wytłaczania folii sztywnych z PLA.
4.1. Zalecenia dotyczące przechowywania i suszenia PLA
Zaleca się przechowywanie PLA w hermetycznie zamkniętym opakowaniu do momentu załadunku materiału do suszarki. Polilaktyd jako materiał higroskopijny przed przetwarzaniem należy suszyć wg parametrów wskazanych przez producenta (wykr. 1.).
4.2. Zalecenia dotyczące wytłaczania folii płaskiej z PLA
Producent PLA zaleca czyszczenie maszyny z wykorzystaniem PET-G lub PP po zakończeniu produkcji lub przy zmianie asortymentu. Nie zaleca się pozostawiania maszyny z układem uplastyczniającym wypełnionym PLA. Istnieje możliwość stosowania konwencjonalnych głowic do wytłaczania folii PLA, należy jednak unikać stosowania zewnętrznych przysłon głowicy, które mogą powodować degradację tworzywa. Zalecana temperatura walców podczas wytłaczania PLA: od 20°C do 50°C. Do
walcowania można wykorzystać zarówno pneumatyczny, jak i hydrauliczny układ zamykania walców. Najlepsza jakość folii otrzymywana jest, gdy podczas wytłaczania uzyskamy minimalne walcowanie wytłaczanej folii.
4.3. Zalecenia ogólne dotyczące urządzeń do przetwórstwa PLA
Możliwe jest wykorzystanie do przetwórstwa PLA konwencjonalnych urządzeń, w tym uniwersalnych układów uplastyczniających o długości ślimaka L/D=25-30 i stopniu sprężania
2,5-3 oraz gładkiego cylindra bez strefy rowkowanej.
W ramach projektu prowadzono badania dla PLA bez dodatków oraz PLA z różnymi dodatkami (środek antyblokingowy, Ecoflex, Carbon Nano Tubes, Biostrength). Wyniki badań wskazują, że zastosowane dodatki mogą wpływać na właściwości wyrobów z PLA. Dla przykładu: dodatek syntetycznego kopoliestru alifatyczno-aromatycznego Ecoflex poprawia właściwości przetwórcze polilaktydu podczas formowania folii metodą wytłaczania, a dodatek Biostrength poprawia wyniki wydłużenia względnego folii w kierunku maszynowym itp.
Na podstawie przeprowadzonych prób przetwarzania stwierdzić można, iż intensywnie rozwijająca się produkcja polimerów biodegradowalnych, takich jak PLA, winna w niedalekiej przyszłości stanowić istotną alternatywę dla klasycznych tworzyw sztucznych.
5. Ocena ekologiczna opakowań z PLA
W porównaniu z tradycyjnymi tworzywami sztucznymi polilaktyd jest pod wieloma względami korzystniejszy dla środowiska. Dodatkowo nie przewiduje się, aby produkcja PLA z roślin rywalizowała o tereny uprawne z produkcją żywności. Dla przykładu zastąpienie 5% tworzyw sztucznych stosowanych dotychczas do produkcji opakowań w Niemczech wymaga przeznaczenia
0,5% powierzchni upraw buraka cukrowego czy też 1,25% upraw pszenicy – podczas gdy ok. 30% dostępnych w Niemczech terenów uprawnych leży odłogiem ze względów ekonomicznych. Jednocześnie powadzone są badania nad mikroorganizmami zdolnymi do produkcji kwasu mlekowego z celulozy z odpadów uprawnych (łodygi kukurydzy) oraz skoszonych traw [10].
W zakresie metod odzysku odpadów z PLA poza obecnie stosowanym kompostowaniem (umiarkowane korzyści) w przyszłości przewiduje się rozwój recyklingu materiałowego, poprzedzony selektywnym zbieraniem i sortowaniem.
Warto również zwrócić uwagę na wynikające ze stosowania PLA korzyści środowiskowe związane z emisją CO2. Jak pokazano na wykr. 2., na poziomie wytwarzania polimeru ślad węglowy jest zerowy.
Produkcja PLA w porównaniu z produkcją klasycznych tworzyw sztucznych pozwala zmniejszyć zużycie energii, zaś w odniesieniu do niektórych z nich, takich jak spieniony polistyren (EPS), generuje również mniejszy pobór wody (wykr. 3.).
6. System recyklingu organicznego opakowań kompostowalnych
Zgodnie z Dyrektywą 94/62/WE, recykling organiczny oznacza obróbkę tlenową (kompostowanie) lub beztlenową (biometanizacja) biodegradowalnych części odpadów opakowaniowych, przeprowadzoną w kontrolowanych warunkach i przy wykorzystaniu mikroorganizmów, prowadzącą do wytworzenia stabilnych pozostałości organicznych lub metanu (deponowania odpadów na składowisku nie traktuje się jako formy recyklingu organicznego) [14].
Wykorzystanie odpadów opakowaniowych w procesach recyklingu organicznego jest możliwe w przypadku funkcjonowania systemu obejmującego kilka podstawowych elementów, zilustrowanych schematycznie na rys. 5.
Do podstawowych elementów systemu recyklingu organicznego należy zaliczyć:
n sieć pozyskiwania odpadów organicznych (opakowania przydatne do kompostowania zbierane w ramach takich systemów);
n zaplecze techniczne do zbiórki bioodpadów;
n instrumenty prawne do promocji opakowań biodegradowalnych;
n zapewnienie mieszkańcom informacji o systemach zbiórki oraz właściwej identyfikacji opakowań przydatnych do recyklingu organicznego;
n zaplecze technologiczne w postaci kompostowni oraz instalacji do biometanizacji [15], [16].
Jedną z możliwych metod recyklingu organicznego odpadów opakowaniowych jest kompostowanie, dlatego z ekologicznego punktu widzenia polimery biodegradowalne stanowią ciekawą alternatywę dla klasycznych tworzyw sztucznych. Biodegradowalne materiały opakowaniowe pod wpływem enzymów wytwarzanych przez mikroorganizmy (bakterie i grzyby) ulegają degradacji. Proces ten prowadzi do przek
ształcenia materiału opakowania na produkt organiczny, jakim jest kompost, w wyniku naturalnych procesów biologicznych. Najkorzystniejsze dla środowiska są opakowania biodegradowalne wytwarzane z surowców naturalnych corocznie odnawialnych, zapewniony zostaje bowiem wówczas zamknięty cykl obiegu takich opakowań w środowisku [17].
Jak wskazują doświadczenia innych państw UE, systemy recyklingu organicznego dla opakowaniowych odpadów biodegradowalnych są tańsze niż analogiczne systemy dla opakowań z tworzyw sztucznych. W Polsce w związku z nowelizacją Ustawy o odpadach, do tworzenia systemów zbiórki odpadów biodegradowalnych zobowiązane są wszystkie gminy. Odpady opakowaniowe przydatne do kompostowania, o ile pojawią się na rynku, podlegałyby takiej zbiórce. Wymagane jest jednak potwierdzenie spełnienia wymagań normy PN-EN 13432: 2002 w formie certyfikatu i specjalne oznakowanie opakowań.
Wprowadzenie na terenie gminy systemu zbiórki odpadów ulegających biodegradacji wiąże się z koniecznością stopniowego eliminowania tego rodzaju odpadów ze strumienia odpadów komunalnych i ich odrębnego zagospodarowania, tak aby zmniejszyć ilość deponowaną na składowiskach [18]. Będzie to sprzyjać właściwemu postępowaniu z opakowaniami kompostowalnymi, które w przyszłości mogą się pojawić na krajowym rynku. W ramach systemów gminnych odpady opakowaniowe mogą być:
n poddane kompostowaniu we własnym zakresie przez mieszkańców posiadających kompostowniki przydomowe;
n odbierane z gospodarstw domowych w zabudowie jednorodzinnej w ramach systemu „u źródła” razem z odpadami ulegającymi biodegradacji, według ustalonego wcześniej harmonogramu. Obecnie do prowadzenia zbiórki stosowane są worki polietylenowe, w przyszłości należy przewidzieć worki kompostowalne;
n odbierane z gospodarstw domowych w zabudowie wielorodzinnej w ramach systemu „w sąsiedztwie” razem z odpadami ulegającymi biodegradacji. Do tego celu należy przewidzieć specjalistyczne pojemniki o pojemności od 60 do 120 dcm3, ustawione w pobliżu pojemników przewidzianych na zbiórkę innych odpadów opakowaniowych. Specjalistyczny dwukołowy pojemnik z PE-HD dostosowany do gromadzenia odpadów organicznych przedstawiono na rys. 6. Pojemnik ten posiada otwory wentylacyjne, a w dolnej części ruszt ze stali nierdzewnej. Konstrukcja pojemnika eliminuje problemy związane z selektywnym zbieraniem, takie jak: złe opróżnianie, plaga much, występowanie wód odciekowych w punktach postoju pojemników itp. Stosunkowo rzadko stosuje się pojemniki o pojemnościach 240 dcm3 przewidziane do obsługi 100 mieszkańców w rejonach zabudowy wielorodzinnej. Masa takiego pojemnika wypełnionego bioodpadami wynosi około 160 kg, co stwarza problemy przy rozładunku (bioodpady charakteryzują się wysoką gęstością nasypową);
n odbierane z centralnych punktów selektywnego gromadzenia odpadów razem z odpadami ulegającymi biodegradacji. Do tego celu należy przewidzieć specjalistyczne pojemniki o pojemności 120 lub 240 litrów, w zależności od lokalnych potrzeb.
Zebrane odpady opakowaniowe razem z odpadami organicznymi powinny trafiać do najbliższej funkcjonującej instalacji do recyklingu organicznego. Zbiórka odpadów ulegających biodegradacji z gospodarstw domowych jest uzasadniona ekonomicznie przede wszystkim w zabudowie wielorodzinnej. Mieszkańcy nie mają tam bowiem możliwości indywidualnego zagospodarowania tej frakcji odpadów i trafiają one razem z pozostałymi na składowisko, gdzie ze względu na swoje właściwości (rozkład bez dostępu powietrza) są frakcją niepożądaną. Wskazane jest zatem wydzielenie jak największej ich ilości z ogólnego strumienia odpadów (zwłaszcza w miejskiej zabudowie wielorodzinnej) [20].
Gromadzenie w pojemniku dużych ilości łatwo rozkładalnej biomasy sprzyja zachodzeniu procesów zagniwania, które mogą być uciążliwe ze względu na emisję odorów i zagrożenia higieniczno-sanitarne. Z uwagi na powyższe uwarunkowania, użytkownik systemu staje przed koniecznością zapewnienia zwiększonej częstotliwości wywozu tej grupy odpadów, co zwiększa koszty i komplikuje organizację zbiórki. Dla gromadzenia odpadów ulegających biodegradacji należy przewidzieć specjalne pojemniki na bioodpady, których konstrukcja stwarza optymalne warunki dla rozpoczęcia procesów kompostowania. Częstotliwość opróżniania pojemników nie powinna być mniejsza niż raz na 14 dni, niezależnie od stopnia zapełnienia. Do obsługi pojemników na odpady organiczne winno się stosować specjalistyczne środki transportu.
Należy podkreślić, iż znakomitym rozwiązaniem do gromadzenia odpadów organicznych jest stosowanie toreb i worków kompostowalnych. W miarę rozbudowy krajowego systemu powinno przewidzieć się takie rozwiązania. Pozwoli to na kierowanie bezpośrednio do procesu recyklingu organicznego całego worka, bez konieczności jego opróżniania, jak ma to miejsce w przypadku worków polietylenowych. Przykład zastosowania sztywnego małego pojemnika z wkładanym workiem kompostowalnym przeznaczonego do gromadzenia odpadów organicznych w gospodarstwach domowych zaprezentowano na rys. 7.
7. Kompostowanie biodegradowalnych odpadów
Kompostowanie odpadów organicznych jest powszechnie stosowane w kraju i całkowicie akceptowane z uwagi na wymagania ochrony środowiska. Opiera się na naturalnych procesach biochemicznych, sztucznie zintensyfikowanych dzięki zapewnieniu optymalnych warunków przebiegu procesów oraz możliwości sterowania tymi procesami [22], [23]. W Polsce prowa-
dzone jest ono zarówno w warunkach naturalnych (pryzmy na otwartym powietrzu), jak i w kompostowniach opartych na różnorodnych technologiach. Przebieg procesu kompostowania zależy od kilku parametrów: liczby oraz rodzaju mikroorganizmów, stężenia tlenu, uziarnienia, zawartości wody, temperatury i odczynu. Wszystkie one są współzależne i winny być kontrolowane w trakcie procesu dla zapewnienia jego efektywności oraz dobrej jakości produktu [20].
W ostatnich latach powstało wiele kompostowni, między innymi w: Krakowie, Zabrzu, Łodzi, produkujących kompost spełniający wymagania jakościowe, który może być użyty jako nawóz organiczny. Proces kompostowania przebiega zasadniczo w dwóch etapach [20]:
etap I – kompostowanie intensywne, część procesu kompostowania, w trakcie którego z odpadów organicznych otrzymywany jest kompost świeży. W tej fazie materiał ulega higienizacji, łatwo rozkładalne substancje zostają praktycznie rozłożone, maleje też potencjalna zdolność emisji substancji zapachowych;
etap II – dojrzewanie, etap procesu kompostowania, w którym z kompostu świeżego uzyskuje się kompost dojrzały. W trakcie tej fazy rozkładane są substancje trudno rozkładalne (np. ligniny) i powstają stabilne struktury próchnicze z wbudowanymi substancjami odżywczymi, odporne na działanie czynników zewnętrznych. Technologie kompostowania odpadów realizowane w Europie różnią się zasadniczo sposobem prowadzenia I etapu kompostowania, w tym przede wszystkim: sposobem formowania i kształtem pryzm, systemem napowietrzania mieszaniny kompostowej oraz czasem trwania rozkładu.
8. Wymagania dotyczące kompostowalności i system certyfikacji
Biodegradacja jest procesem wywołanym przez enzymatyczne działanie mikroorganizmów (bakterii i grzybów), którego mechanizm ma złożony przebieg, obejmujący wiele reakcji o charakterze chemiczno-biologicznym. Końcowe produkty tego procesu to biomasa (materia organiczna), woda i gazy: dla warunków tlenowych – dwutlenek węgla, dla warunków beztlenowych – metan. Przebieg biodegradacji materiału polimerowego ilustruje rys. 8.
Ze względu na wpływ wielu czynników decydujących o przebiegu procesu biodegradacji, trudnym problemem było testowanie pod tym kątem materiałów opakowaniowych i opakowań. Obecnie zostały już opracowane normy dotyczące przy-datności materiałów do kompostowania. W Unii Europejskiej obowiązuje zharmonizowana z Dyrektywą 94/62/EC norma EN 13432:2000
, w Polsce wydana jako PN-EN 13432: 2002 [24]. Norma ta wprowadziła kryteria oceny i procedury dotyczące przydatności do kompostowania oraz obróbki beztlenowej. Ocena opakowania obejmuje:
n charakterystykę składu chemicznego. Zawartość związków lotnych >50%, obliczana na podstawie suchej pozostałości po spaleniu w temp. 550C. Limitowany jest poziom zawartości metali ciężkich i innych niebezpiecznych pierwiastków;
n ocenę biodegradowalności. Wymagane są badania (zgodnie z normami ISO) zakończone wynikiem pozytywnym. Opakowania z materiałów pochodzenia naturalnego: drewno, włókna drzewne, włókna bawełny, skrobia, masa papiernicza oraz juta nie wymagają badań biodegradacji;
n ocenę przydatności do kompostowania (zdolności do rozpadu w czasie obróbki biologicznej);
n ocenę jakości uzyskanego kompostu. Wytworzony kompost powinien spełniać wymagania jakościowe (gęstość, sucha masa, pH, zawartość związków lotnych i związków mineralnych itd.). Dodatkowo przeprowadza się również testy ekotoksyczności, polegające na stwierdzeniu braku negatywnego oddziaływania kompostu na proces wzrostu roślin.
Z uwagi na złożoność procedur związanych z oceną materiału pod kątem biodegradacji, a następnie wykorzystania w procesie kompostowania, w wielu państwach wprowadzono systemy certyfikacji. Opakowania, które uzyskały certyfikat, są opatrywane specjalnym znakiem w informującym użytkowników, że podlegają one zbiórce razem z odpadami organicznymi. W Europie największe znaczenie ma certyfikacja prowadzona w Niemczech przez DIN CERTCO. System ten zakłada dwustopniowy proces: pierwszy etap dotyczy certyfikacji materiału, następnie zaś certyfikacji podlega sam wyrób. Obecnie certyfikaty przydatności do kompostowania wydane na materiał uzyskało ponad 30 przedsiębiorstw, natomiast ponad sto certyfikatów wydanych przez DIN CERTCO dotyczy wyrobów, głównie opakowań.
W Polsce uprawnienia DIN CERTCO do prowadzenia certyfikacji wyrobów przydatnych do kompostowania oraz przyznawania znaku przedstawionego na rys. 9. uzyskało akredytowane przez PCA Centrum Certyfikacji, mieszczące się w COBRO – Instytucie Badawczym Opakowań w Warszawie. Oznacza to w bliskiej perspektywie wdrożenie w kraju systemu certyfikacji zgodnego z systemami unijnymi oraz stosowanie powszechnie znanego w Europie znaku identyfikującego opakowania podlegające zbiórce razem z odpadami organicznymi.
9. Wnioski
Polilaktyd to tworzywo polimerowe pochodzące ze surowców odnawialnych – do jego wytwarzania nie wykorzystuje się ropy naftowej – stanowi więc istotną odpowiedź na kwestie związane z zasadą zrównoważonego rozwoju. Kwas mlekowy, monomer tworzący cząstki PLA, występuje w organizmach roślinnych oraz zwierzęcych jako produkt uboczny lub pośredni komórkowych procesów metabolicznych. Sam polimer systematycznie znajduje coraz nowsze zastosowania w rozmaitych gałęziach przemysłu. Obok branży opakowaniowej, w której pojawił się niemal 20 lat temu, są to także produkcja części samochodowych i komputerowych czy telefonów komórkowych. W obecnej sytuacji można również prognozować, iż nie tylko rynek polilaktydu, ale szeroko pojęty rynek polimerów biodegradowalnych będzie się szybko rozwijał – wbrew inicjatywom ruchów ekologicznych i organizacji społecznych, krytykujących wykorzystanie produkcji roślinnej do celów technicznych.
Literatura
[1] Ching C., Kaplan D., Thomas E., Biodegradable polymers and packaging, Technomic Publishing Co., INC Lancaster, Basel, 1993.
[2] Weber C. J., Biobased Packaging Materials for the Food Industry, The Royal Veterinary and Agricultural University, 2000.
[3] Dane ze strony internetowej: [http://www.autobar.com].
[4] Duda A., Penczek S., Polilaktyd [poli (kwas mlekowy)]: synteza, właściwości i zastosowania, „Polimery” nr 1/2003.
[5] Balkcom M., Welt B., Berger K., Notes from the Packaging Laboratory: Polylactic Acid – An Exciting New Packaging Material, University of Florida, Institute of Food and Agricultural Sciences (UF/IFAS).
[6] Specyfikacje tech
