جایگاه پلیمرهای زیست تخریب پذیر و سیاست های داخلی برخی کشورهای جهان

 1-1- تعاریف اولیه

1-1-1- زیست تخریب پذیر[1]

مواد زیست­ تخریب­ پذیر موادی هستند که به سادگی توسط فعالیت میکرواورگانیسم­  ها مانند قارچ­ها، باکتری­ ها و جلبک­ ها به واحدهای کوچکتر تجزیه می­ شوند (ASTM D6400). این پلاستیک­ ها می ­توانند از منابع گیاهی و پلاستیک­ های اصلاح شده با افزودنی­ های زیست تخریب­ پذیر کننده تهیه شده باشند که با قرار گرفتن در مجاورت میکروارگانیسم ­ها، مورد حمله آنها قرار گرفته و عملیات تخریب زیستی آغاز می­ گردد.

1-1-2- قابلیت کمپوست شدن[2]

در فرآیند کمپوست­ سازی، پلاستیک توسط دست ه­ای از میکروارگانیسم ­ها در محیط گرم، مرطوب و هوازی با فرآیندهای بیولوژیکی دستخوش تخریب شده و تولید دی اکسیدکربن، آب، ترکیبات غیرآلی و زیست توده[3] کرده و هیچ ماده سمی قابل مشاهده و قابل تشخیص بجا نمی­ ماند.

1-2- نگاهی کلی بر تولید فیلم های پلی­اتیلنی

کاربرده ای وسیع و تولید روز افزون پلاستیک­ ها سبب بروز مشکلات عمده از نظر زیست محیطی گردیده، به طوری که پلاستیک­ ها به عنوان یکی از عمده ­ترین آلاینده­ های محیط زیست از طرف سازمان جهانی محیط زیست معرفی شده ­اند. در سال 2013 از مجموع 208 میلیون تن ترموپلاستیک تولیدی در جهان، 39 درصد آن که معادل 81 میلیون تن می ­باشد متعلق به خانواده پلی­ اتیلن­ ها است و از مجموع پلی­ اتیلن ­های تولیدی 50 درصد آن در صنایع تولید فیلم و ورق کاربرد دارد. بنابراین پلی ­اتیلن به عنوان یک پلاستیک پرمصرف در بیشتر صنایع، به ویژه صنایع بسته­ بندی به­ کار می­ رود و بیشترین سهم آلودگی زیست محیطی، ناشی از مصرف پلی­ اتیلن در صنعت بسته ­بندی می­ باشد.

هر ساله در کل جهان حدود 500 میلیارد تا یک تریلیون کیسه پلاستیکی تولید می­ شود[4] و به طور میانگین هر نفر 150 کیسه در سال مصرف می­ کند[5]. کیسه­ های دور ریخته شده و آلاینده محیط زیست بیش از یک میلیون کیسه در دقیقه برای کل جهان برآورد شده است که خطر تکان­ دهنده ­ای برای نسل آینده و محیط زیست می­ باشد.

80 درصد سهم مصرف کیسه ­های پلاستیکی مربوط به آمریکای شمالی و اروپای غربی می ­باشد به طوری که سالانه 380 میلیارد کیسه در آمریکا  مصرف می­ گردد و کمتر از 5 درصد آن­ها بازیافت می­ شود. بر طبق گزارش های بازیافت یک تن کیسه پلاستیکی 4000 دلار آمریکا هزینه دارد[6] .

به گزارش سازمان محیط زیست جهانی سرنوشت حدود 20 تا 30% کیسه های پلاستیکی به دریاها و اقیانوس­ ها منتهی می ­گردند که باعث از بین رفتن صدها هزار دلفین و نیز ماهیان آبزی می­ شوند. کیسه­ های پلاستیکی دومین آلاینده اقیانوس ­ها و منابع آبی می­ باشند. بر همین اساس سازمان جهانی محیط زیست و سازمان ملل طی یک گزارش هشدار دهنده استفاده از کیسه های پلاستیک معمولی را محدود و به جای آن پیشنهاد مصرف کیسه های پلاستیک تخریب پذیر را ارائه کرد.

در ابتدا انجمن ­های بازیافت پلاستیک اروپا و آمریکای شمالی به مخالفت با این طرح برخاسته و اعلام کردند بدلیل هزینه­ های بالای مواد اولیه و نیز قیمت نفت، تخریب­ پذیر کردن پلاستیک ها مقرون به صرفه نبوده و هزینه زیادی را به دوش دولت­ های مختلف می­ گذارد. در واقع آنها بازیافت و برگرداندن مجدد کیسه­ های پلاستیکی به چرخه صنعت را بهترین راه حل دانسته حال آنکه با عنایت به گزارش بازیافت توسط آژانس محیط زیست تنها در خوش ­بینانه­ ترین حالت زیر 15 درصد از کل کیسه­ های پلاستیکی بازیافت می ­شوند که این میزان بازیافت برای کیسه­ هایی با ضخامت زیر 20 میکرون غیر ممکن است. به همین دلیل، در چند سال اخیر بیشتر کشورهای توسعه یافته و نیز در حال توسعه تولید کیسه­ های تخریب ­پذیر  را  آغاز کرده و به عنوان  جایگزین کیسه ­های پلاستیکی معرفی کرده­ اند.

بر همین اساس انواع مواد زیست تخریب­ پذیر با خواص مختلف به بازار عرضه شدند که در ذیل به آنها اشاره می­ شود.

Compostable: این دسته از مواد صد در صد تجزیه می­ شوند و قابلیت کود شدن و تغذیه برای درختان را دارا می­ باشند. از این دسته می­ توان به پلی هیدروکسی آلکونات­ها (PHAs) و پلی-3- هیدروکسی بوتیرات­ها (PHB) اشاره کرد. این دسته از مواد صد در صد بایو هستند و خواص فیزیکی- مکانیکی بالایی دارند اما قیمت بالای این مواد، مصرف آنها را با مشکل مواجه کرده است.

Biodegradable: این مواد نیز مشابه دسته قبل صد در صد تجزیه می­ شوند و به آب و CO₂ تبدیل می ­شوند، اما نمی ­توان به عنوان کود از آنها استفاده کرد و بعد از تجزیه برای تغذیه گیاهان مفید نیستند. به عنوان نمونه می­توان به پلی لاکتیک اسید (PLA) و نشاسته اشاره کرد. PLA به علت دارا بودن خواص فیزیکی و مکانیکی مناسب، مستقیما استفاده می گردد اما از آنجایی­که نشاسته به تنهایی خواص خوبی ندارد به صورت ترکیبی با PLA و سایر مواد بایو و یا کامپاند با سایر پلیمرها مثل پلی­اتیلن و پلی­پروپیلن استفاده می­ گردد. امروزه کشورهایی مانند آمریکا و چین از PLA و یا کامپاند PLA با نشاسته برای تولید مواد صد درصد زیست تخریب پذیر استفاده می ­­کنند. از آنجایی­که PLA در ایران تولید نمی­ شود، واردات آن جهت تولید کیسه­ های بایو مقرون به صرفه نمی­ باشد و ترجیح داده می ­شود به علت دسترسی آسان و قیمت پایین از نشاسته استفاده گردد.

Biobase: مواد در این دسته 100 صد در صد تجزیه نمی­ شوند و میزان تجزیه پذیری آنها بستگی به میزان مواد زیست تخریب پذیر دارد. به عنوان مثال در ایران از نشاسته جهت بایو کردن کیسه ها استفاده می ­شود اما چون این پلیمر طبیعی به تنهایی خواص مناسبی ندارد از ترکیب نشاسته با سایر پلیمرها مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن و ... استفاده می­ گردد که میزان تخریب این گروه از مواد به درصد ترکیبات بایو بستگی دارد. در این گروه از مواد بعد از تجزیه مواد زیست تخريب پذیر توسط میکروارگانیسم ها، حفره­هایی بر روی کیسه ­ها ایجاد می­ گردد که به نظر می­ رسد مدت زمان بازگشت به طبیعت این نوع کیسه ها را کاهش می­ دهد.

 SEM سطح مقطع فیلم LDPE خالص چهار ماه بعد از دفن در خاک

SEM سطح مقطع فیلم LDPE با 40 درصد نشاسته چهار ماه بعد از دفن در خاک

هر سه دسته از مواد گفته شده قابلیت تجزیه شدن در خاک و هوا را دارا می­ باشند. یعنی کیسه ­های تهیه شده از این مواد چه در حالت دفن در زمین و چه در شرایط رها شدن در محیط و مجاورت با نور خورشید تجزیه می ­شوند.

Oxo degradable: این دسته از مواد تجزیه ­پذیر نیستند و جرم مولکولی آنها در برابر نور خورشید کاهش می­ یابد. این مواد فقط در شرایط مجاورت با نور خورشید و جذب اکسیژن هوا باعث کاهش جرم مولکولی می ­شوند اما قابلیت تجزیه شدن به آب و سایر مواد را ندارند. بنابراین کاربرد این دسته از مواد فقط برای مناطق حاوی تابش آفتاب زیاد و UV بالا می ­باشد. به عنوان مثال در امارات متحده عربی چون فضای زیادی برای دفن ضایعات  وجود ندارد و در طول سال تابش آفتاب شدید است، از این مواد استفاده می­ شود. این مواد در اروپا و آمریکا کاربرد خاصی ندارند، زیرا این محصولات استاندارد زیست تخریب پذیری EN13432 اروپا و استاندارد  ASTM D6400 و ASTM D6866 آمریکا را پاس نمی­ کنند. یکی از معیارهای اندازه­ گیری زیست تخریب پذیری این مواد اندازه ­گیری خواص کششی و کاهش آن به مرور زمان و در برابر UV می­ باشد که این پدیده برای کیسه ­های معمولی در مجاورت هوا نیز اتفاق می­ افتد.

1-3- بررسی جهانی مصرف انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر

در سال 2012 مهمترین پلیمرهای زیست تخریب­ پذیرتجاری PLA و پلیمرهایی بر پایه نشاسته بودند که به ترتیب 46% و 39% بازار مصرف پلیمرهای زیست تخریب پذیر را به خود اختصاص دادند. دیگر پلیمرهای زیست تخریب پذیر شامل پلی استرهایی چون کوپلی­استرهای آلیفاتیک/آروماتیک و پلی­کاپرولاکتون، مشتقات سلولزی و پلی­هیدروکسی آلکانوات‌ها می‌باشند.

در اروپا، پلیمرهای بر پایه نشاسته 62%، پلی لاکتیک اسید 24% و دیگر پلیمرهای زیست تخریب پذیر 14% بازار مصرف را به خود اختصاص می‌دهند، و پیش­ بینی می‌شود که مصرف پلیمرهای بر پایه نشاسته، PHA و PLA افزایش یابد. بازار مصرف پلیمرهای زیست ­تخریب­ پذیر اروپایی به شرح زیر است:

·        بسته‌بندی مواد غذایی، ظروف و کارد و چنگال (34%)

·        فوم (28%)

·        کیسه‌های کود کامپاست (16%)

·        کشاورزی (11%)

·        پوشش کاغذی (7%)

·         مواد دیگر (4%)

در آمریکای شمالی، پلی ­لاکتیک اسید70%، پلیمرهای بر پایه نشاسته 18% و دیگر پلیمرهای زیست تخریب پذیر 12% بازار مصرف را به خود اختصاص می‌دهند، و پیش بینی می‌شود که مصرف PLA و PHA افزایش یابد. مصرف پلیمرهای زیست تخریب پذیردر آمریکای شمالی به شرح ذیل می ­باشد.

·        بسته‌بندی مواد غذایی، ظروف و کارد و چنگال (50-55% )

·        بسته‌بندی فوم (20-25%)

·        کیسه‌های کود کامپاست (10-15%)

·        پوشش کاغذی (6%)

·        کشاورزی (2%)

·        موارد دیگر (4%)

در آسیا نیز انتظار می‌رود مصرف PLA در سال‌های آینده افزایش یابد. همچنین در آسیا پلیمرهای بر پایه نشاسته به صورت مخلوط شده با پلیمرهای تخریب ناپذیر چون پلی­اتیلن و پلی پروپیلن عرضه می‌شوند. ظرفیت تولید PHA نیز انتظار می‌رود افزایش یابد اما از آنجایی که پلیمر جدیدتر و گرانتری است به نظر می رسد توسعه آن محدود باشد. تایوان، بزرگترین مصرف کننده در آسیا است که سهم 33% از مصرف کلی را به خود اختصاص داده است و یکی از بزرگترین واردکنندگان PLA از آمریکا است.

صنعت PLA در چین در مراحل اولیه توسعه باقی مانده است، گرچه کمپانی‌های زیادی صنعت PLA را وارد کرده‌اند و ظرفیت تولید در چین به سرعت رو به افزایش است. تولید در چین به دلیل کیفیت پایین‌تر محصول و فناوری تولید ابتدایی‌تر، بسیار پایین است. علاوه بر این، هزینه تولید PLA در چین در مقایسه با آمریکا بالاتر است. از این ­رو، جهت توسعه تجارت PLA به صورت جهانی، تولیدکنندگان چینی باید مشکلاتی نظیر هزینه بالای تولید و کیفیت پایین محصول را حل کنند.

 عمده مصرف پلیمرهای زیست ­تخریب ­پذیر در آسیا، کاربردهای بسته‌بندی و تهیه ظروف چون کیسه‌های دورریز و ظروف غذای متنوع و کاربردهای دیگری چون فیلم‌های مالچ می‌باشد.

1-4- وضعیت فیلم های زیست تخریب پذیر

در ایران، در حال حاضر کیسه­ هایی با نام زیست تخریب پذیر به صورت کامپاند پلی اتیلن با 1 تا 2 درصد اکسو در بازار موجود می­ باشد که همانگونه که قبلا توضیح داده شد این کیسه­ ها استانداردهای زیست تخریب پذیر آمریکا و اروپا را پاس نمی­ کنند و قابلیت تجزیه شدن ندارند و فقط در مجاورت نور خورشید جرم مولکولی آنها کاهش می ­یابد.

اکنون دانش تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر با گواهینامه صادره از اروپا در ایران موجود می­ باشد. این کامپاندها بر پایه پلی­اتیلن، نشاسته و اکسو می­ باشند که در حضور اکسیژن و مجاورت هوا و هم در شرایط دفن در خاک قابلیت تجزیه شده دارند. 

جهت تهیه کامپاندهای حاوی نشاسته با پلیمرها از مواد مختلفی استفاده می ­گردد که برای کاربردهای غذایی از مواد مناسب با این کاربرد استفاده می­ شود.

شرکت پژوهش و فناوری دانش فنی تولید کیسه های زیست تخریب پذیر بر پایه نشاسته را دارا می­ باشد و گواهینامه زیست تخریب پذیری آن را نیز از کشور بلژیک دریافت کرده است.

  قیمت کامپاندهای حاوی نشاسته بر اساس درصدهای مختلف نشاسته و کاربردهای مختلف فیلم­ ها متغیر می­ باشد اما محدوده تغییرات آن در حدود 20% به ازای هر کیلو از پلی­اتیلن و پلی­پروپیلن پایه آنها گران­ تر است.

 1-5- مراکز معتبر دنیا در صدور گواهینامه زیست تخریب پذیر بودن مواد

جهت اندازه­ گیری میزان زیست تخریب­ پذیر بودن مواد از استانداردهای خاصی استفاده می­ گردد که در حال حاضر شش مرکز در دنیا آزمون­ ها را انجام می­ دهد و بعد از تایید، گواهینامه صادر می­ شود. این مراکز و استانداردهای به کار رفته در هر کدام به شرح ذیل می­ باشد: