1

This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed by the ERDF

2

3

Dokument został przygotowany w ramach projektu

PLASTICE i wchodzi w skład

WP4 Ramowych warunków stymulujących popyt rynkowy,

WP4.2 Schematu doradztwa międzynarodowego

4

5

Spis treści :

Przedmowa 6

1. Wprowadzenie 7

2. Materiały polimerowe – podstawy 11

3. Tworzywa polimerowe 13

3.1. Podział tworzyw polimerowych 13

3.2. Klasyczne tworzywa polimerowe ze źródeł kopalnych 15

3.3. Biodegradowalne tworzywa polimerowe 19

3.3.1. Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z

surowców odnawialnych 20

3.3.2. Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane

z surowców kopalnych 21

3.3.3. Materiały oxodegradowalne 22

3.4 Tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców odnawialnych 23

3.5. Zdolności produkcyjne biotworzyw 24

4. Wyroby zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju i kryteria oceny 26

4.1. Model oceny zrównoważonego rozwoju dla tworzyw polimerowych 26

4.2 Kryteria oceny aspektów środowiskowych 27

4.3. Kryteria oceny aspektów społecznych 29

4.4. Kryteria oceny aspektów ekonomicznych 30

5. Systemy oceny wyrobów polimerowych pod kątem wybranych kryteriów 32

5.1. Certyfikowanie kompostowalnych tworzyw polimerowych 32

5.2. Certyfikowanie zawartości źródeł odnawialnych 35

5.3. Certyfikacja – podsumowanie 37

5.4. Ślad węglowy – potwierdzenie redukcji emisji gazów cieplarnianych 39

6. Wnioski 42

Załączniki :

Załącznik A: Wykaz zastosowań biotworzyw 43

Załącznik B: Schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów biodegradowalnych 55

6

PRZEDMOWA

W ciągu ostatnich 100 lat tworzywa polimerowe znalazły tak szerokie zastosowanie w niemal

wszystkich dziedzinach życia – od opakowań żywności czy zastosowań w medycynie po produkcję

części samochodowych i zabawek – że dziś trudno wyobrazić sobie, iż jeszcze wiek temu nie

wywarzano ich na skalę przemysłową.

Tworzywa zabezpieczają żywność, sprawiają, że pozostaje świeża, i umożliwiają jej transport na

duże odległości. Zapewniają sterylność zapakowanych w nie wyrobów medycznych, takich jak igły,

a także soli fizjologicznej czy krwi. Sprawiają, że samochody są lżejsze i zużywają mniej paliwa.

Dają także radość dzieciom, bawiącym się wykonanymi właśnie z tworzyw klockami Lego czy lalkami

Barbie.

Szczególnie wart podkreślenia jest również fakt, że tworzywa polimerowe to jedyna grupa

materiałów w całości produkowana przez człowieka.

Jednak oprócz ogromnych korzyści, jakie daje stosowanie tworzyw, istnieją też negatywne

aspekty ich użycia. Rodzaj tworzywa oraz sposób postępowania z nim po wykorzystaniu ma

ogromny wpływ na ludzkie zdrowie i środowisko naturalne. Stwierdzono na przykład, że Bisfenol A,

stosowany w opakowaniach do żywności i napojów, wpływa na równowagę hormonalną

organizmu, powodując powstawanie zaburzeń rozwojowych i nowotworów. Także Wielka

Pacyficzna Plama Śmieci to w istocie ogromne dryfujące skupisko odpadów z tworzyw sztucznych,

unoszących się swobodnie w oceanie. Oba te przykłady budzą w ludziach poważne obawy i

zwracają uwagę opinii publicznej na problem tworzyw.

Książki takie jak: „Plastic: A Toxic Love Story” (Tworzywa sztuczne – toksyczna miłość) S. Freinkel,

„Plastic Free: How I Kicked the Plastic Habit and How You Can Too” (Wolny od tworzyw – jak udało

mi się rzucić tworzywowy nałóg i jak ty też możesz tego dokonać) B. Terry czy „Plastic Ocean: How a

Sea Captain's Chance Discovery Launched a Determined Quest to Save the Oceans” (Ocean

Tworzyw: jak kapitan znalazł szansę i rozpoczął misję ratowania oceanów) C. Moore’a oraz C.

Phillips stanowią odzwierciedlenie tych obaw i kwestionują obecne modele stosowania – oraz

nadużywania – tworzyw sztucznych.

Dzisiaj najważniejszym celem jest upowszechnianie tworzyw, które nie zagrażają zdrowiu ludzi i

zwierząt, a także środowisku naturalnemu, spełniając jednocześnie potrzeby użytkowników. Nauka i

przemysł, ale także polityka społeczna to sfery, w których należy podjąć działania na rzecz

wprowadzenia właściwych wytycznych i materiałów, mających pomóc zrealizować ten cel. Od tego

zależą nasze życie, zdrowie oraz stan środowiska. Krokiem w tym kierunku jest także projekt

PLASTiCE.

Główny problem stanowi społeczna akceptacja nowych tworzyw, które w mniejszym stopniu

obciążają środowisko. Projekt PLASTiCE polega na współpracy z wieloma partnerami, począwszy od

przedstawicieli przemysłu, poprzez organizacje pozarządowe, agencje rządowe, aż po

użytkowników, detalistów i naukowców. Nasze doświadczenie pokazuje, że wszystkie te grupy są

zainteresowane poszukiwaniami nowych, atrakcyjnych cenowo i przyjaznych dla środowiska

tworzyw. Pytanie brzmi: jak połączyć rozmaite interesy poszczególnych grup, aby zapewnić

skuteczność działania? Co ciekawe, wszystkie one mają podobne priorytety – chcą bezstronnej,

rzetelnej informacji i odpowiedzi na pytania dotyczące tworzyw polimerowych.

Niniejszy poradnik został przygotowany z myślą o spełnieniu niektórych z tych potrzeb i

pokonywaniu przeszkód, które nie pozwalają korzystać z nowych, bardziej funkcjonalnych,

powodujących mniej obciążeń środowiskowych i niewpływających negatywnie na zdrowie ludzkie

tworzyw.

Andrej Kržan, Koordynator Projektu PLASTiCE

7

1. Wprowadzenie

Drodzy Czytelnicy,

Celem wydania niniejszego przewodnika było przekazanie w sposób zrozumiały i obiektywny

informacji, które pozwolą lepiej zrozumieć znaczenie tworzyw polimerowych zgodnych z zasadą

zrównoważonego rozwoju.

Autorzy przewodnika, partnerzy projektu Central Europe – PLASTiCE, posiadają znaczne

doświadczenie związane z tworzywami polimerowymi zgodnymi z zasadą zrównoważonego

rozwoju oraz na co dzień współpracują z przedsiębiorstwami działającymi w całym łańcuchu

wartości tworzyw polimerowych.

W oparciu o zdobyte doświadczenia, przywołaliśmy listę 10 najczęściej zadawanych pytań z tego

zakresu.

Pytania

1. Jakie wyroby można produkować z biotworzyw?

2. Czy produkcja wyrobów z biotworzyw jest uzasadniona z ekonomicznego punktu widzenia?

3. Czy istnieją możliwości technologiczne produkcji wyrobów z biotworzyw?

4. Czy moje przedsiębiorstwo posiada odpowiednie kwalifikacje?

5. Czy moje przedsiębiorstwo dysponuje odpowiednimi urządzeniami oraz możliwościami

przetwórczymi?

6. Dlaczego należy certyfikować wyroby z biotworzyw?

7. W jaki sposób przekonać klientów do zakupu wyrobów z biotworzyw?

8. Gdzie moje przedsiębiorstwo może pozyskać odpowiednie surowce do produkcji (polimery,

barwniki itd.)?

9. Gdzie znaleźć partnerów?

10. Jak zacząć?

W przewodniku znajdą Państwo odpowiedzi na wszystkie te pytania. Poniżej zostały one pokrótce

przedstawione wraz z odnośnikami wskazującymi, w której części przewodnika można uzyskać

więcej informacji.

Odpowiedzi

1. Jakie wyroby można produkować z biotworzyw?

Biotworzywa, podobnie jak klasyczne ropopochodne tworzywa polimerowe, znajdują różnorodne

zastosowania, charakteryzują się bowiem wieloma użytecznymi właściwościami, takimi jak łatwość

nanoszenia nadruku czy przepuszczalność gazów, pary wodnej i tłuszczy, które można dostosować

do określonych potrzeb. Więcej informacji na temat właściwości tych tworzyw można znaleźć w

rozdziale 3. Obecnie biotworzywa znajdują zastosowanie głównie w sektorze opakowaniowym i

spożywczym jako torby handlowe, tacki do żywności, kubki do jogurtów, sztućce itd. Rosnącą

popularność biotworzyw można zaobserwować w: medycynie, rolnictwie, elektronice, sporcie, a

8

nawet branży motoryzacyjnej. Należy zauważyć, że sektor biotworzyw jest dopiero w fazie rozwoju.

Przewiduje się jednak jego bardzo szybki wzrost w ciągu kilku następnych lat, co wpłynie na

zwiększenie możliwych zastosowań. Patrz: Załącznik A: Wykaz najczęstszych zastosowań

biodegradowalnych tworzyw polimerowych.

2. Czy produkcja wyrobów z biotworzyw jest uzasadniona z ekonomicznego punktu widzenia?

Pomimo iż biotworzywa są droższe niż tradycyjne, w ostatnich latach ich rynek rozwijał się w sposób

zrównoważony, zarówno pod względem kosztów, jak i regulacji prawnych (opracowanie norm,

kryteriów certyfikacji, a w niektórych krajach nawet wprowadzenie zakazu stosowania klasycznych

tworzyw polimerowych do pewnych zastosowań, takich jak torby handlowe). Zapotrzebowanie na

biotworzywa obserwuje się głównie w branżach: opakowaniowej, motoryzacyjnej, zabawkarskiej i

elektronicznej. Wiele koncernów światowych uwzględniło także biotworzywa w przyjętej

długoterminowej strategii wzrostu i innowacyjności. Ulepszanie biotworzyw ma charakter

wielowymiarowy. Z jednej strony producenci materiałów rozwijają nowe tworzywa oraz dodatki, z

drugiej zaś producenci wyrobów gotowych obserwują duży potencjał innowacyjny i rozwojowy

biotworzyw, w odróżnieniu od oferty opartej na tworzywach klasycznych.

Więcej na ten temat znaleźć można w rozdziale 3. i rozdziale 4., gdzie przedstawiono różne kryteria

oceny zrównoważonego rozwoju biotworzyw.

3. Czy istnieją możliwości technologiczne produkcji wyrobów z biotworzyw?

Obecne na rynku biotworzywa znajdują szeroki zakres zastosowań. Mogą być poddawane tym

samym procesom przetwórczym co ich klasyczne odpowiedniki – termoformowanie, wytłaczanie,

formowanie z rozdmuchem itd. Różnice w przetwórstwie biotworzyw i klasycznych tworzyw

polimerowych polegają na doborze innych parametrów urządzeń produkcyjnych. Parametry te są

uwzględnione w charakterystyce biotworzyw dostarczanej przez producentów przy zakupie.

Generalnie, pod względem złożoności procesów technologicznych, biotworzywa nie są trudniejsze w

obróbce od tworzyw klasycznych. Więcej na ten temat można znaleźć w rozdziale 3.

4. Czy moje przedsiębiorstwo posiada odpowiednie kwalifikacje?

Pojęcie odpowiednich kwalifikacji odnosi się do cech takich jak: możliwości, umiejętności, wiedza,

zdolności i doświadczenie. Istnieją dwa rodzaje kwalifikacji: techniczne i pozatechniczne. Gdy bierze

się pod uwagę pełny cyklu życia procesów produkcyjnych, użycia przemysłowego, użytkowania

przez konsumenta oraz postępowania z odpadami, niezbędne kwalifikacje przy wykorzystywaniu

biotworzyw są ściśle techniczne i nie różnią się od tych wymaganych dla klasycznych tworzyw

polimerowych. Biotworzywa mogą być przetwarzane na tych samych maszynach co tworzywa

klasyczne, a ich zastosowanie i sposób użytkowania zależą tylko od właściwości materiału.

Postępowanie z odpadami z biotworzyw nie różni się od postępowania z odpadami z tworzyw

klasycznych, różnice występują tylko w przypadku biotworzyw biodegradowalnych. Biotworzywa

kompostowalne mogą być kompostowane razem z odpadami organicznymi – proces ten to recykling

organiczny.

Wszystkie biotworzywa stwarzają większe możliwości w działaniach marketingowych i PR, działania

te jednak musza być prowadzone z rozwagą i odpowiednio dostosowane do specyfiki materiału i

jego zastosowania. Niniejszy przewodnik powstał w celu przybliżenia kwestii związanych z

kwalifikacjami niezbędnymi do postępowania z biotworzywami i wypełnienia ewentualnych braków

w wiedzy pozatechnicznej.

9

5. Czy moje przedsiębiorstwo dysponuje odpowiednimi urządzeniami oraz możliwościami

przetwórczymi?

Podobnie jak w przypadku wszystkich innych materiałów, podstawowe znaczenie ma dostosowanie

właściwości biotworzyw do określonych zastosowań wyrobu, który przedsiębiorstwo zamierza

wytwarzać. Niektóre biotworzywa (nazywane „zielonymi”, gdyż są wytwarzane ze źródeł

odnawialnych) charakteryzują się identycznymi właściwościami jak ich odpowiedniki produkowane z

surowców kopalnych (np. PE i „zielony” PE). Inne natomiast zdecydowanie różnią się właściwościami,

co stwarza możliwość twórczego ich wykorzystania. Jak wspomniano w odpowiedzi na pytanie 3.,

biotworzywa mogą być przetwarzane na urządzeniach do przetwórstwa klasycznych tworzyw

polimerowych.

6. Dlaczego należy certyfikować wyroby z biotworzyw?

Nie sposób wyobrazić sobie współczesnego świata bez tworzyw polimerowych. Te uniwersalne

materiały są jednak postrzegane jako sprzeczne z coraz powszechniejszym przyjaznym środowisku

stylem życia, co skłoniło do poszukiwań alternatywnych tworzyw. Jednym z najbardziej widocznych i

obiecujących rozwiązań w tym zakresie są biotworzywa. Trudno je jednak odróżnić od klasycznych

tworzyw polimerowych, dlatego należy wprowadzić mechanizmy zabezpieczające odpowiednią

jakość i znakowanie. Służą temu systemy normalizacji oraz certyfikacji. Certyfikacja wyrobów i

materiałów jest dobrowolna, zapewnia jednak wiele korzyści. Certyfikat odróżnia biotworzywa od

klasycznych tworzyw polimerowych i potwierdza, że materiał spełnia wymagania normatywne.

Stanowi to ogromną zaletę w porównaniu z wyrobami nieposiadającymi certyfikatu. Oznaczenie

znakiem certyfikacyjnym daje konsumentowi pewność odpowiednich właściwości wyrobu lub

materiału. Znak certyfikacyjny dla tworzyw kompostowanych ułatwia segregację i właściwe

postępowanie z odpadami, gwarantując odpowiednią jakość wyrobu.

Szczegółowe dane na temat różnych form certyfikacji biotworzyw znajdują się w rozdziale 5.

7. W jaki sposób przekonać klientów do zakupu wyrobów z biotworzyw?

Biotworzywa to nowe i innowacyjne materiały, które znajdują zastosowanie w produkcji szerokiej

grupy wyrobów. Stanowią one doskonałą alternatywę dla klasycznych tworzyw polimerowych.

Chociaż w tych samych zastosowaniach większość biotworzyw nie różni się wizualnie od klasycznych

tworzyw polimerowych, istnieje wiele metod pozwalających na ich skuteczną promocję: rozmaite

techniki marketingowe, kwestie związane ze społeczną odpowiedzialnością biznesu (CSR) oraz

komunikacją społeczną (PR). Większość biotworzyw wytwarzana jest ze źródeł odnawialnych i

posiada wiele atutów, które wykorzystać można w działaniach marketingowych. Jednym z takich

atutów są unikalne właściwości, jak biodegradowalność.

Biotworzywa odnoszą także sukces na rynkach niszowych, przede wszystkim jako opakowania

żywności organicznej czy dóbr luksusowych. Producenci mogą liczyć na korzyści wynikające z

rozwoju rynku dla osób żyjących w zgodzie z naturą.

Biotworzywa świetnie wpisują się w ideę zrównoważonego rozwoju. Rozdział 4. w całości dotyczy

aspektów zrównoważonego rozwoju oraz przedstawia metody pozwalające na jego ocenę w

kontekście produkcji i użytkowania biotworzyw.

10

8. Gdzie moje przedsiębiorstwo może pozyskać odpowiednie surowce do produkcji (polimery,

barwniki itd.)?

Dwa załączniki dołączone do niniejszego przewodnika zawierają zarówno szeroki wykaz

zastosowań biotworzyw, jak i schemat R&D uwzględniający listę instytucji, z którymi można się

kontaktować w celu uzyskania informacji na temat biotworzyw. Schemat R&D jest jednym z ważnych

efektów projektu PLASTiCE.

Wykaz zastosowań biotworzyw został przygotowany, by pomóc w określeniu sposobu ich

wykorzystania w Państwa przedsiębiorstwie i pokazać, że możliwości użycia są dużo większe niż

tylko worki do gromadzenia odpadów organicznych. Wyroby podzielono na różne grupy, dodając

krótki opis możliwych zastosowań wraz z zaletami wynikającymi z ich charakterystyki.

Drugi załącznik – schemat R&D (Schemat międzynarodowej współpracy w zakresie badań i rozwoju tworzyw polimerowych) jest wynikiem współpracy pomiędzy siedmioma instytucjami z

czterech krajów Europy Centralnej, partnerami projektu. Schemat R&D stanowi propozycje rozwiązań

dla przedsiębiorstw z Europy Centralnej w działaniach zmierzających do wprowadzenia na rynek

wyrobów z biotworzyw. Zawiera on dane kontaktowe lokalnych instytucji, które mogą pomóc w

rozmaitych kwestiach dotyczących biotworzyw.

9. Gdzie znaleźć partnerów?

Przemysłowe wykorzystanie biotworzyw wymaga udziału różnych partnerów rynkowych – w

szczególności w dziedzinie rozwoju i badań. Z tego względu każde przedsiębiorstwo pragnące

rozpocząć działalność związaną z biotworzywami powinno współpracować z partnerami służącymi

wiedzą oraz pomocą. Schemat R&D, znajdujący się w Załączniku B, zawiera dane dysponujących

dużym doświadczeniem przedsiębiorstw i instytutów, które mogą pomóc w kwestiach dotyczących

biotworzyw oraz oferują doradztwo dotyczące wykorzystania biotworzyw w Państwa produkcji.

10. Jak zacząć?

Początkiem procesu wprowadzenia nowego produktu jest zawsze pomysł, który musi koncentrować

się na odpowiednim rynku odbiorców. Biotworzywa oferują nowe, innowacyjne możliwości zarówno

w przypadku już wytwarzanych, jak też planowanych wyrobów. Wpisując się w światowe tendencje

poszukiwań rozwiązań zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju i korzystnych dla środowiska,

biotworzywa mogą się tu stać alternatywą.

„Biotworzywa szansą przyszłości” to publikacja przekazująca w dostępny sposób informacje o

biotworzywach, która pozwoli przejść przez kolejne etapy niezbędne do rozpoczęcia działalności

związanej z tymi materiałami.

11

2. Materiały polimerowe – podstawy

Przed wprowadzeniem definicji oraz przedstawieniem klasyfikacji tworzyw polimerowych warto

uzmysłowić sobie, że głównym ich składnikiem są polimery.

Polimery to wielkocząsteczkowe związki chemiczne zbudowane z wielu monomerów. Mogą mieć

budowę liniową, rozgałęzioną lub usieciowaną. Zazwyczaj polimery o budowie liniowej i

rozgałęzionej mają właściwości termoplastyczne, to znaczy są topliwe w określonych temperaturach,

a także rozpuszczalne w niektórych rozpuszczalnikach. Polimery usieciowane są nietopliwe i

nierozpuszczalne.

Polimery są rozpowszechnione w przyrodzie i stanowią materiał budulcowy organizmów roślinnych

oraz zwierzęcych. Należą do nich: skrobia, celuloza, białka, chityna itd. Druga grupa to polimery

uzyskiwane syntetycznie na skalę przemysłową z ropy naftowej. Wszystkie rodzaje polimerów

znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle.

Polimery można podzielić według różnych kryteriów. Poniżej przedstawiono kilka przykładów.

Podział ze względu na właściwości fizykochemiczne:

termoplasty – pod wpływem ciepła miękną, a po ochłodzeniu ponownie twardnieją, dla

przykładu akrylonitryl-butadien-styren – ABS, poliwęglan – PC, polietylen – PE, politereftalan

etylenu – PET, polichlorek winylu – PVC, polimetakrylan metylu – PMMA, polipropylen – PP,

polistyren – PS, polistyren spieniony – EPS itd.;

tworzywa termoutwardzalne (duroplasty) – po uformowaniu pozostają twarde – nie miękną

pod wpływem ogrzewania, dla przykładu: żywice epoksydowe – EP, fenoplasty – PF itd.;

elastomery – tworzywa, które można rozciągać i ściskać; w wyniku rozciągania lub ściskania

elastomery zmieniają znacznie swój kształt, jednak po odjęciu siły wracają do poprzednich

kształtów.

Podział ze względu na sposób otrzymywania:

polimery syntetyczne – powstają w wyniku syntezy chemicznej (poliaddycja, polikondensacja,

kopolimeryzacja);

polimery naturalne – powstające w organizmach żywych, np.: celuloza, białka, kwasy

nukleinowe;

polimery naturalne modyfikowane – zmodyfikowane polimery naturalne posiadające nowe

właściwości, np. octan celulozy, białka modyfikowane, skrobia modyfikowana.

Podział ze względu na pochodzenie surowców, z których powstają:

źródła odnawialne (surowce roślinne i zwierzęce);

źródła nieodnawialne (ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny).

Poliaddycja (polimeryzacja addycyjna) – proces łączenia się monomerów bez wydzielania produktów ubocznych.

Polikondensacja (polimeryzacja kondensacyjna) – proces łączenia się monomerów z wydzielaniem się produktów ubocznych.

Kopolimeryzacja – proces łączenia się przynajmniej dwóch różnych monomerów, w wyniku którego powstaje kopolimer

12

Podział ze względu na zastosowanie:

opakowania;

budownictwo;

motoryzacja;

elektronika;

medycyna.

Podział ze względu na podatność na działanie enzymów wytwarzanych przez bakterie i grzyby:

biodegradowalne (polilaktyd – PLA, polihydroksyalkaniany – PHA i inne poliestry liniowe,

celuloza regenerowana, skrobia);

niebiodegradowalne (polietylen – PE, polipropylen – PP, polistyren – PS).

Istnieje oczywiście wiele więcej kryteriów podziału dostępnych polimerów, należy jednak zauważyć,

że w zastosowaniach przemysłowych same cząsteczki polimerowe nie są wystarczające. Większość

tworzyw polimerowych składa się bowiem nie tylko z polimerów, ale także zawiera inne składniki

organiczne lub nieorganiczne. Składniki te to dodatki, które mogą zapewnić nowe właściwości

tworzyw polimerowych:

Tworzywo polimerowe = polimer + dodatki

Zawartość dodatków w tworzywie polimerowym waha się od kilku (np. tworzywa polimerowe

stosowane do pakowania żywności) do ponad 50%. W zastosowaniach technicznych i

przemysłowych mieszaniny polimerów i dodatków nazywane są tworzywami polimerowymi.

Do dodatków należą m.in.: plastyfikatory oleiste poprawiające właściwości plastyczne, wypełniacze

poprawiające cechy użytkowe i obniżające koszty produkcji, stabilizatory hamujące niektóre reakcje

chemiczne, w tym: dodatki zmniejszające palność, środki antystatyczne, barwniki, środki poślizgowe i

wiele innych.

Ogromny świat tworzyw polimerowych obejmuje różne polimery i dodatki, które można ze sobą

łączyć. Dzięki temu mamy duże możliwości ich przekształcania i przetwarzania. Do podstawowych

technik stosowanych w przetwórstwie tworzyw polimerowych należą: prasowanie, tłoczenie,

przetłaczanie, formowanie płyt, walcowanie i kalandrowanie, odlewanie itp.

13

3. Tworzywa polimerowe

3.1. Podział tworzyw polimerowych

Historia tworzyw polimerowych a zrównoważony rozwój

Produkcję tworzyw polimerowych rozpoczęto pod koniec XIX i na początku XX wieku. Celuloid i

celofan były pierwszymi wytwarzanymi na bazie surowców pochodzenia naturalnego – biomasy. Po

II wojnie światowej tworzywa polimerowe stały się bardzo popularne. Od lat 60. do 90. były

wytwarzane głównie z surowców petrochemicznych. W latach 80. ich wytwarzanie przewyższyło

produkcję stali.

W latach 90. aspekty środowiskowe oraz kwestie związane ze zrównoważonym rozwojem stawały

się coraz istotniejsze, zarówno w wymiarze społeczno-kulturowym, jak i politycznym. W rezultacie

opracowano i wdrożono nowe technologie produkcji tworzyw m.in. ze źródeł odnawialnych oraz

tworzyw biodegradowalnych.

Poszukiwania nowych tworzyw i technologii ich wytwarzania są ściśle związane z:

Rozwojem wiedzy w dziedzinie ochrony środowiska naturalnego, w szczególności przy

uwzględnieniu cyklu życia wyrobu jako systemu uwzględniającego wiele etapów, dla

przykładu etap produkcji, użytkowania, a także powstawania odpadów i obciążeń dla

środowiska (nazywanych emisjami);

Udoskonalaniem metod oceny wpływu tworzyw polimerowych na środowisko, w

szczególności z zastosowaniem metody LCA– Life Cycle Assessment – narzędzia oceniającego

wyrób od kołyski do grobu;

Stosowaniem zasady zrównoważonego rozwoju, która w praktyce produkcyjnej i handlowej

oznacza traktowanie aspektów ekologicznych na równi z aspektami społecznymi oraz

ekonomicznymi.

Tworzywa polimerowe wytwarzane według nowego podejścia i przy użyciu nowych technologii są

nazywane biotworzywami. Termin ten wprowadzony został przez European Bioplastics Association) i

przedstawiony poniżej w ramce:

Biotworzywa – definicja wprowadzona przez European Bioplastics Association

Termin „biotworzywa" obejmuje całą rodzinę materiałów wytwarzanych zarówno na bazie źródeł

odnawialnych (pochodzenia naturalnego), jak również materiałów biodegradowalnych.

Materiały lub wyroby na bazie źródeł odnawialnych to te wytwarzane w całości lub części z

biomasy roślinnej. Biomasa pochodzi z takich roślin jak: kukurydza, trzcina cukrowa czy celuloza.

Termin „biodegradowalny” określa zdolność do ulegania procesowi chemicznemu, w trakcie którego

mikroorganizmy przekształcają tworzywo polimerowe w substancje takie jak woda, ditlenek węgla

oraz kompost (w tym procesie nie potrzebne są żadne dodatki).

Źródło: en.european-bioplastics.org

14

Aby lepiej zrozumieć wprowadzoną definicję European Bioplastics Association stworzyło model

ilustrujący poszczególne rodzaje tworzyw polimerowych. Model ten został przedstawiony na rys. 1.

Rys. 1. Podział tworzyw polimerowych wg European Bioplastics Association.

Model przedstawia cztery charakterystyczne grupy tworzyw polimerowych. Oś pozioma określa

biodegradowalność tworzyw, a oś pionowa – pochodzenie (surowce petrochemiczne lub surowce

odnawialne).

1. Do pierwszej grupy należą tworzywa polimerowe pochodzące głównie ze ze źródeł

petrochemicznych (tzw. klasyczne tworzywa sztuczne, które stanowią 90% światowej produkcji).

2. Do drugiej grupy należą biodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł

odnawialnych.

3. Trzecią grupę stanowią biodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł

kopalnych.

Czwarta grupa przedstawia niebiodegradowalne tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł

odnawialnych.

W poradniku zostaną omówione wszystkie cztery grupy tworzyw polimerowych.

15

3.2. Klasyczne tworzywa polimerowe ze źródeł kopalnych

Klasyczne (tradycyjne) tworzywa polimerowe pochodzące ze źródeł kopalnych (tzw. sztuczne)

znajdują zastosowanie w wielu obszarach. Główną cechą wyrobów wykonanych z tych materiałów

jest ich niewielka masa, która wynika z niskiej gęstości tworzyw polimerowych. Tworzywa te

wykazują wyjątkowe właściwości termoizolacyjne i elektroizolacyjne. Są odporne na korozję. Wiele

rodzajów tworzyw jest przezroczystych, co pozwala na ich stosowanie w urządzeniach optycznych.

Tworzywa można formować w dowolne kształty oraz mieszać z innymi materiałami. Ich właściwości

można z łatwością modyfikować poprzez zastosowanie różnych dodatków, np. wypełniaczy

wzmacniających, barwników, środków spieniających czy plastyfikatorów.

Ze względu na swoją uniwersalność klasyczne tworzywa polimerowe są stosowane niemal w każdej

dziedzinie – produkcji opakowań, budownictwie, transporcie, przemyśle elektrycznym i

elektronicznym, rolnictwie, medycynie czy sporcie. Możliwości zastosowań tworzyw sztucznych są

praktycznie nieograniczone, a ich właściwości mogą być dowolnie modyfikowane w zależności od

potrzeb, dlatego też stanowią one praktycznie nieograniczone źródło innowacji w różnych sektorach

przemysłu i wielu dziedzinach życia.

Do „wielkiej szóstki” klasycznych tworzyw o największym udziale rynkowym (rys. 2.) należą:

polietylen (PE);

polipropylen (PP);

polichlorek winylu (PVC);

polistyren PS/spieniony polistyren (EPS);

politereftalan etylenu (PET);

poliuretan (PUR).

Rys. 2. Udział rynkowy poszczególnych tworzyw w Europie.

Źródło: Plastics – The Facts 2012

16

Wyżej wymienione tworzywa stanowią łącznie ponad 80% udziału rynkowego w Europie. W

czołówce znajdują się: polietylen (29% udziału rynkowego), polipropylen (19% udziału rynkowego)

oraz polichlorek winylu (12% udziału rynkowego).

Duże znaczenie w przemyśle mają również takie tworzywa jak:

akrylonitryl/butadien/styren (ABS);

poliwęglan (PC);

polimetakrylan metylu (PMMA);

żywice epoksydowe (EP);

żywice fenolowo-formaldehydowe (PF);

politetrafluoroetylen (PTFE).

W 2011 roku światowa produkcja klasycznych tworzyw polimerowych osiągnęła 280 milionów ton.

Od lat 50. XX w. obserwuje się stały wzrost produkcji na poziomie 9% rocznie. W 2011 roku

produkcja klasycznych tworzyw w Europie osiągnęła 58 milionów ton, co stanowi 21% produkcji

światowej. Największym producentem są Chiny (23% światowej produkcji). Długoletnie prognozy

przedstawiają 4% wzrost konsumpcji per capita. Pomimo wysokiego wskaźnika wzrostu konsumpcji w

Azji i nowych krajach członkowskich UE zużycie na mieszkańca utrzymuje się tam na znacznie niższym

poziomie niż w bardziej rozwiniętych krajach.

Rysunki 3-6 przedstawiają dane dotyczące rozwoju produkcji klasycznych tworzyw polimerowych.

Rys. 3 obrazuje tempo wzrostu produkcji tworzyw w latach 1950-2011 na świecie i w Europie.

Przemysł klasycznych tworzyw rozwija się nieprzerwanie od 50 lat. Światowa produkcja wzrosła z

1,7 milionów ton w 1950 roku do 280 milionów ton w 2011 roku, w Europie natomiast z 0,35 do 58

milionów ton. Obecnie można zaobserwować przeniesienie produkcji do Azji.

Rys. 3. Światowa produkcja klasycznych tworzyw polimerowych (tzw. Sztucznych) w latach 1950-

2011.

Źródło: Plastics – The Facts 2012

17

Rys. 4 przedstawia zapotrzebowanie na klasyczne tworzywa polimerowe w krajach europejskich.

Rys. 4. Zapotrzebowanie na klasyczne tworzywa polimerowe w Europie z podziałem na państwa

(tys. ton/rok). Źródło: Plastics – The Facts 2012

Rys. 5 przedstawia zużycie klasycznych tworzyw polimerowych w Europie w latach 2010-2011, które

wzrosło z 46,4 milionów ton w 2012 roku do 47 milionów ton w 2011 roku. W 2010 roku największe

zużycie zaobserwowano w sektorze opakowań (39% całkowitego zużycia), następnie – w

budownictwie (20,6%), w przemyśle motoryzacyjnym (7,5%) oraz w branży elektrycznej i

elektronicznej (5,6%). Pozostałe sektory to: sport, rekreacja, rolnictwo, produkcja maszyn. W 2011

roku zaobserwowano nieznaczny wzrost zużycia klasycznych tworzyw do produkcji opakowań (z

39% do 39,4%) i w przemyśle motoryzacyjnym (z 7,5% do 8,3%) oraz spadek w budownictwie (z

20,6% do 20,5%) i przemyśle elektrycznym oraz elektronicznym (z 5,6% do 5,4%). Pozostałe branże,

w których zaobserwowano zużycie tworzyw polimerowych to: sport, bezpieczeństwo

i higiena, rozrywka i czas wolny, rolnictwo, przemysł maszynowy, AGD oraz przemysł meblowy.

Rys. 5. Zużycie klasycznych tworzyw polimerowych w Europie z podziałem na branże w 2010 roku

(po lewej stronie) i 2011 roku (po prawej stronie). Źródło: Plastics – The Facts 2012

18

Rys. 6 przedstawia zużycie tworzyw w zależności od rodzaju tworzywa i branży.

Rys. 6. Zużycie klasycznych tworzyw w 2010 roku w zależności od rodzaju tworzywa i branży.

Źródło: Plastics – The Facts 2012

Dodatkowe informacje na temat przemysłu klasycznych tworzyw polimerowych można znaleźć na

stronie Plastics Europe Association:

http://www.plasticseurope.org/plastics-industry/market-and-economics.aspx.

19

3.3. Biodegradowalne tworzywa polimerowe

Poszukując definicji biodegradowalnych tworzyw polimerowych, można znaleźć wiele sprzecznych

określeń. Najprościej mówiąc pojęcie to oznacza, że biodegradowalne tworzywa polimerowe

ulegają rozkładowi biologicznemu. Biodegradacja jest procesem opierającym się na fakcie, że

mikroorganizmy obecne w środowisku, np. bakterie, grzyby i algi, traktują biodegradowalne

tworzyw jako źródło składników odżywczych – pożywienie i trawią je (w procesie tym NIE są

potrzebne żadne dodatki). Proces biodegradacji składa się z równoczesnych lub następujących po

sobie etapów abiotycznych i biotycznych oraz MUSI obejmować etap biologicznej mineralizacji.

Proces biodegradacji rozpoczyna się od fragmentacji, a kończy na mineralizacji, czyli przemianie

węgla organicznego w ditlenek węgla. Na rys. 7. zaprezentowano różnicę pomiędzy degradacją a

biodegradacją. Jeśli proces rozkładu kończy się na etapie fragmentacji, to oznacza, że tworzywo

uległo degradacji. Jeśli pojawia się etap kolejny, czyli mineralizacja, to oznacza, że tworzywo jest

biodegradowalne.

Rys. 7. Różnica pomiędzy degradacją i biodegradacją.

Jak przedstawiono na rys. 7, biodegradacja to całkowita asymilacja substancji powstałych w wyniku

fragmentacji, stanowiących źródło pożywienia dla mikroorganizmów. Ściślej mówiąc, termin

„biodegradowalność” nie przekazuje informacji na temat procesu, ale wskazuje na całkowitą

przemianę węgla organicznego. Biorąc pod uwagę nieograniczone ramy czasowe, można

stwierdzić, że wszystko jest biodegradowalne. Lepszym określeniem jest „kompostowalność”, które

oznacza biodegradację w warunkach kompostowania przebiegającą w ramach czasowych cyklu

kompostowania.

Proces biodegradacji może przebiegać zarówno w środowisku tlenowym, jak i beztlenowym.

Końcowymi produktami biodegradacji w warunkach tlenowych są ditlenek węgla, woda oraz

biomasa, a w warunkach beztlenowych – metan, woda i biomasa. Uproszczony schemat procesów

został przedstawiony na rys. 8.

Rys. 8. Produkty procesu biodegradacji w warunkach tlenowych i beztlenowych.

Fragmentacja Mineralizacja

20

Jednym z rodzajów biodegradacji jest proces kompostowania, będący metodą recyklingu

organicznego przebiegającą w kontrolowanych tlenowych warunkach obróbki odpadów

organicznych, prowadzącą do przetworzenia przez mikroorganizmy substancji organicznych.

Kompostowalność oznacza całkowitą asymilację biodegradowalnych tworzyw polimerowych w

warunkach kompostowania w ciągu 180 dni. Podczas przemysłowego kompostowania temperatura

w komorze osiąga wartość do 70°C, a sam proces odbywa się w dużej wilgotności. Kompostowalne

tworzywa polimerowe są zdefiniowane w normach krajowych i międzynarodowych, np. EN 13432,

ASTM D6400 i inne. Więcej informacji na temat norm można znaleźć w rozdziale 5 pt. „Systemy

oceny wyrobów polimerowych pod kątem wybranych kryteriów”.

Biodegradowalność polimerów czy tworzyw polimerowych jest ściśle uzależniona od ich struktury

chemicznej . Rodzaj surowców, z których otrzymuje się tworzywa biodegradowalne, nie jest istotna

dla procesu biodegradacji. Polimery biodegradowalne mogą być otrzymywane z surowców

odnawialnych lub kopalnych.

3.3.1. Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców

odnawialnych

Rozwój wiedzy w dziedzinie ochrony środowiska naturalnego, zrównoważonego rozwoju, a także

wyczerpywanie źródeł kopalnych, skłoniły naukowców do poszukiwań alternatywnych źródeł

materiałów. Jednym z rozwijanych kierunków badań były prace nad opracowaniem technologii

wytwarzania polimerów biodegradowalnych ze źródeł odnawialnych. Tworzywa te mogą zastąpić

klasyczne tworzywa polimerowe uzyskiwane z surowców petrochemicznych i charakteryzują się

podobnymi właściwościami.

Produkcję na niewielką skalę biodegradowalnych tworzyw ze źródeł odnawialnych datuje się od roku

1995. Obecnie ich wykorzystanie i skala zastosowań ma znacznie większy zakres. W 2009 roku

światowa produkcja biodegradowalnych tworzyw polimerowych wynosiła 226 tysięcy ton. W 2011

roku zwiększyła się do 486 tysięcy ton (podwojenie produkcji w ciągu dwóch lat).

Główne rodzaje tworzyw biodegradowalnych produkowanych ze źródeł odnawialnych (w tym

produkty chemicznej syntezy monomerów pochodzenia naturalnego, produkty wytworzone przez

mikroorganizmy lub zmodyfikowane bakterie):

poli(kwas mlekowy) (PLA);

skrobia termoplastyczna (TPS) – mieszanki skrobi z

poliestrami alifatycznymi i kopoliestrami, estry skrobi,

mieszanki skrobi z surowcami naturalnymi;

poliestry pochodzenia mikrobiologicznego:

polihydroksyalkaniany (PHA), w tym kopolimery kwasu

masłowego, walerianowego i heksanowego, PHBV, PHBH;

estry celulozy, celuloza regenerowana;

drewno i inne materiały naturalne.

Na rynku można znaleźć wiele biodegradowalnych tworzyw

polimerowych. Tworzywa, na które warto zwrócić uwagę to:

polilaktydy (PLAs), kompozycje polimerowo-skrobiowe,

polihydroksyalkaniany (PHAs), a także folie celulozowe nowej

generacji. Charakteryzują się one właściwościami zbliżonymi

do klasycznych tworzyw polimerowych, są atrakcyjne ze względu na rosnące zdolności produkcyjne

oraz cenę. Rys. 9. przedstawia przykłady obecnych na rynku wyrobów z biodegradowalnych

Rys. 9. Przykłady biodegradowalnych

tworzyw polimerowych.

Źródło: European Bioplastics

21

tworzyw polimerowych.

Poli(kwas mlekowy) (PLA)

PLA to poliester powstały w wyniku polikondensacji kwasu mlekowego, wytworzonego w procesie

fermentacji skrobi kukurydzianej. PLA stosuje się do produkcji:

produkcji giętkich materiałów opakowaniowych (folie dwuosiowo orientowane, folie

wielowarstwowe z warstwą zgrzewalną),

wytłaczania folii sztywnych i termoformowania,

formowania opakowań metodą wtrysku,

laminowania papieru metodą wytłaczania.

Kompozycje polimerowo-skrobiowe

Znaczący rozwój obserwuje się w zakresie produkcji kompozycji polimerowo-skrobiowych. Są one

stosowane do produkcji folii giętkich i sztywnych do termoformowania, tacek, pojemników,

spienionych materiałów wypełniających wolne przestrzenie w opakowaniach transportowych,

sztywnych opakowań formowanych wtryskowo, a także powlekania papieru i tektury.

Polihydroksyalkaniany (PHA)

PHAs stanowią dużą rodzinę kopolimerów, które w zależności od składu stanowią materiały sztywne

lub miękkie. PHAs można mieszać z innymi biodegradowalnymi tworzywami polimerowymi. Z PHAs

otrzymuje się folię kalandrowaną, a także wyroby formowane wtryskowo.

Folie celulozowe nowej generacji

Nowa generacja kompostowalnych folii celulozowych znajduje coraz więcej zastosowań. Do

najważniejszych właściwości tych materiałów wykorzystywanych do produkcji opakowań należą:

wyjątkowe właściwości optyczne;

barierowość dla tlenu oraz aromatów;

regulowana barierowość paroszczelna;

odporność na temperaturę, tłuszcze, substancje chemiczne;

naturalne właściwości antystatyczne.

3.3.2 Biodegradowalne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców kopalnych

Biodegradowalne tworzywa polimerowe można podzielić ze względu na pochodzenie:

opisane w rozdz. 3.3.1 polimery otrzymywane ze źródeł odnawialnych i

polimery uzyskiwane z zasobów kopalnych.

Różnica pomiędzy tymi dwoma rodzajami tworzyw dotyczy tylko pochodzenia surowca, z jakiego są

wykonane. Obie grupy należą do tworzyw biodegradowalnych, które można kompostować. Warto

jednak zauważyć, że podział ze względu na pochodzenie jest tylko teoretyczny, gdyż wielu

producentów stosuje mieszaniny polimerów pochodzących z odnawialnych i kopalnych źródeł.

Przykładowe biodegradowalne polimery pochodzące ze źródeł kopalnych:

syntetyczne poliestry alifatyczne – polikaprolakton (PCL), poli(bursztynian butylenowy) (PBS);

syntetyczne kopolimery alifatyczno-aromatyczne (AAC);

polimery rozpuszczalne w wodzie – poli(alkohol winylowy) (PVAL).

22

3.3.3. Materiały oxodegradowalne

Bardzo często promowanym jako biodegradowalne są materiały oxodegradowalne. Wyroby z takich

materiałów są ogólnodostępne na rynku i często mylnie oznaczane jako biodegradowalne i

przyjazne środowisku.

Podczas procesu produkcji wyrobów do klasycznych tworzyw polimerowych dodawane są specjalne

dodatki (oxodegradowalne), które mają na celu przyspieszenie procesu degradacji polimeru. Wyroby

te po pewnym czasie (kilkanaście lub kilkadziesiąt miesięcy) ulegają fragmentacji i rozpadają się na

małe, czasami niewidoczne dla oka cząstki. Dzięki temu osiąga się pierwszy etap biodegradacji, ale,

niestety, nie potwierdzono kolejnego etapu, który charakteryzuje tworzywa biodegradowalne, czyli

etapu mineralizacji.

Więcej informacji na temat oxodegradowalnych tworzyw polimerowych można znaleźć na

następujących stronach internetowych:

The Society of the Plastics Industry, Bioplastics Council – artykuł dotyczący dodatków o

właściwościach degradujących (http://goo.gl/WK8UMD );

European Bioplastics – artykuł dotyczący brytyjskich norm dla oxodegradowalnych tworzyw

polimerowych (http://goo.gl/uFTzV2 );

European Bioplastics – artykuł dotyczący oxodegradowalnych tworzyw polimerowych (http://

goo.gl/aZU9d0 );

European Bioplastics – artykuł dotyczący badań nad oceną cyklu życia toreb handlowych

oxodegradowalnych, kompostowalnych i z klasycznych tworzyw polimerowych (http://

goo.gl/tpwyN).

Porównanie materiałów kompostowalnych oraz oxodegradowalnych przedstawiono na rys. 10.

Rys. 10. Porównanie materiałów kompostowalnych (przykład 1 i 2) oraz

oxodegradowalnych (przykład 3 i 4) po 3 miesiącach rozkładu w warunkach laboratoryjnych. Należy

zauważyć, że tworzywo oxodegradowalne nie uległo rozpadowi.

Źródło: COBRO

2

1

3 4

23

3.4. Klasyczne tworzywa polimerowe otrzymywane z surowców

odnawialnych

W poprzednich rozdziałach omówiono biotworzywa polimerowe, które wykazują zdolność

biodegradacji. Warto także zwrócić uwagę na drugą grupę biotworzyw, zyskującą coraz większą

popularność, tj. niebiodegradowalne tworzywa polimerowe wytwarzane z surowców odnawialnych,

które są odpowiednikami klasycznych tworzyw polimerowych ze źródeł kopalnych. Tworzywa te

posiadają właściwości identyczne do klasycznych tworzyw polimerowych otrzymywanych ze źródeł

kopalnych.

Przykładem tego typu materiału jest tzw. „zielony polietylen”, który powstaje w wyniku reakcji

polimeryzacji etylenu z etanolu otrzymanego w procesie fermentacji surowców roślinnych. Istnieje

kilka rodzajów „zielonego” polietylenu, np. polietylen wysokiej gęstości (HDPE), polietylen niskiej

gęstości (LDPE). Rys. 11 przedstawia proces wytwarzania „zielonego polietylenu”.

Rys. 11. Proces produkcji

„zielonego polietylenu” .

Butelki PET zwane PlantBottle to kolejny przykład zastosowania materiałów otrzymywanych ze źródeł

odnawialnych. Tworzywo, z którego powstają butelki, składa się z kwasu tereftalowego (70% masy) i

z glikolu etylenowego (30% masy). Kwas tereftalowy jest produktem pochodzenia petrochemicznego,

a glikol etylenowy powstaje z etanolu (otrzymanego w procesie fermentacji surowców roślinnych).

Takie butelki łatwo poddają się procesowi recyklingu i mogą być zbierane razem z innymi

(klasycznymi) butelkami PET. Tworzywo PET, pochodzące w części z surowców naturalnych, pozwala

ograniczyć zużycie światowych zasobów kopalnych oraz emisję ditlenku węgla. Na rys. 12.

przedstawiono schemat procesu wytwarzania butelki PlantBottle.

Rys. 12. Proces produkcji

dwóch rodzajów butelek PET:

klasycznej oraz PlantBottle.

24

Obecnie trwają próby wprowadzenia na rynek butelek PET w 100% wyprodukowanych z biomasy.

Butelki Bio-PET będą produkowane z materiałów organicznych takich jak trawa, kora i kukurydza,

które nie są używane do produkcji żywności. W przyszłości planuje się także stosowanie rolniczych

produktów ubocznych (takich jak obierki ziemniaków) i innych bioodpadów. Aby wyprodukować

butelkę PET składającą się w 100% z biomasy, konieczne jest wytwarzanie kwasu tereftalowego ze

źródeł odnawialnych (obecnie na rynku nie jest on dostępny).

Alternatywą dla butelek PET jest inne tworzywo oparte w 100% na surowcach roślinnych – PEF (ang.

poly-ethylene-furanoate), posiadające takie samo zastosowanie jak PET, ale z jeszcze wyższą

barierowością dla ditlenku węgla i tlenu, co doskonale sprawdzi się w branży opakowań żywności.

Na skutek szybkiego rozwoju technologicznego w najbliższej przyszłości niektóre polimery

pochodzenia petrochemicznego będą mogły być wytwarzane ze źródeł odnawialnych.

3.5. Zdolności produkcyjne biotworzyw

W 2011 roku światowe zdolności wytwarzania biotworzyw polimerowych wyniosły 1,161 miliona ton.

Liczba ta jest znacznie mniejsza od wartości światowych możliwości produkcji klasycznych tworzyw

polimerowych (265 milionów ton), ale prognozy na 2016 rok wskazują, że wytwarzanie biotworzyw

wzrośnie do 6 milionów ton rocznie. Rys. 13 przedstawia dane dotyczące światowych zdolności

wytwarzania biodegradowalnych i niebiodegradowalnych tworzyw polimerowych.

Rys. 13. Zdolności produkcyjne tworzyw biodegradowalnych oraz prognoza

na 2016 rok. Źródło: European Bioplastics

Rys. 14 przedstawia możliwości produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na regiony w

2011 roku oraz z prognozą na 2016 rok. W 2011 roku największą zdolność produkcji posiadała Azja

(34,6%), Ameryka Południowa (32,8%), Europa (18,5%) oraz Ameryka Północna (13,7%). Prognozuje

się, że w 2016 roku zdolności produkcyjne zwiększą się do 46,3% dla Azji i 45,1% dla Ameryki

Południowej oraz zmaleją do 4,9% dla Europy i 3,5% dla Ameryki Północnej.

25

Rys. 14. Zdolności produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na regiony w roku 2011

oraz prognoza na 2016 rok. ródło: European Bioplastics

Rys. 15 przedstawia zdolności produkcyjne biodegradowalnych tworzyw z podziałem na rodzaj

tworzywa. Rys. 16 obrazuje prognozę zdolności produkcyjnej biodegradowalnych tworzyw z

podziałem na rodzaj tworzywa na rok 2016. Najistotniejsza i najbardziej zauważalna różnica

dotyczy przewidywanego wzrostu zużycia BIO-PET. Stowarzyszenie European Bioplastics

oszacowało, że w 2016 roku ponad 80% rynku biotworzyw polimerowych będzie się wiązać z

produkcją BIO-PET. Ocena opiera się na informacjach pozyskanych od producentów napojów, którzy

deklarują chęć zamiany klasycznych butelek PET na ich odpowiedniki BIO (BIO-PET oraz PEF).

Rys 15. Światowe

zdolności produkcyjne

biodegradowalnych

tworzyw z podziałem

na rodzaj tworzywa.

Źródło: European

Bioplastics

Rys. 16. Prognoza

światowych zdolności

p r o d u k c y j n y c h

biodegradowalnych

tworzyw z podziałem

na rodzaj tworzywa

na rok 2016.

Źródło: European

Bioplastics

26

4. Wyroby zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju i

kryteria oceny

4.1. Model oceny zrównoważonego rozwoju dla tworzyw polimerowych

Unia Europejska definiuje zrównoważony rozwój jako taki, w którym obecne potrzeby zaspokaja się,

mając na uwadze także potrzeby przyszłych pokoleń. Kwestię zrównoważonego rozwoju rozpatruje

się w trzech aspektach: ekonomicznym, społecznym i środowiskowym, które w kontekście

politycznym powinny być traktowane jako równorzędne. Strategia zrównoważonego rozwoju,

przyjęta przez Komisję Europejską w 2001 roku, w 2005 roku została uzupełniona (między innymi) o

nowy cel: integrację zasad ochrony środowiska z polityką Unii Europejskiej mającą wpływ na

środowisko.

Jeśli chodzi o działalność gospodarczą, definicja zrównoważonego rozwoju dotyczy szeroko

pojętych aspektów ekonomicznych, środowiskowych, społecznych i ich wpływu na bieżącą

działalność oraz długofalową strategię przedsiębiorstwa. W branży tworzyw polimerowych

zrównoważony rozwój wiąże się z odpowiedzialnością za wprowadzenie na rynek nowych wyrobów

z uwzględnieniem trzech wspomnianych aspektów. Oznacza to, że nowy wyrób należy oceniać

poprzez jego wpływ na kwestie środowiskowe, społeczne i ekonomiczne. Ocena ta powinna być

prowadzona w całym cyklu życia wyrobu (projektowanie, produkcja, użytkowanie, recykling). Rys.

17. przedstawia obszary zrównoważonego rozwoju.

Rys. 17. Obszary

zrównoważonego

rozwoju

Źródło: Wikipedia

Zgodność z zasadą zrównoważonego powinna być oceniana na wszystkich etapach cyklu życia

wyrobu: od procesu produkcji, przez łańcuch dostaw, pozyskiwanie surowców, metody

przetwórstwa, pakowanie, dystrybucję, użytkowanie, po gospodarkę odpadami, włączając w to

transport. Jednocześnie przedsiębiorstwa powinny dążyć do dorównania konkurencji lub pokonania

jej poprzez ulepszanie funkcjonalności i jakości wyrobów, wypełnianie norm środowiskowych, a

także lepsze gospodarowanie odpadami.

W przypadku tworzyw zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju należy podkreślić, iż duża ich

część spełnia wymogi środowiskowe, ekonomiczne i społeczne w wyższym stopniu niż materiały

tradycyjne jak szkło, metal czy nawet papier. Biotworzywa mogą być zatem postrzegane jako

konkurencyjne w stosunku do klasycznych ropopochodnych tworzyw polimerowych, jeśli chodzi o

zgodność z zasadą zrównoważonego rozwoju.

27

Trudno ustalić jednakowe standardy i jednoznacznie określić, czym jest zrównoważony rozwój dla

poszczególnych tworzyw polimerowych, ponieważ są one szeroko stosowane w różnych sektorach

przemysłu. Z tego względu należy ustanowić pewne standardy podstawowe adekwatne do

wszystkich wyrobów polimerowych, natomiast konkretnych grup użytkowych powinny dotyczyć

standardy szczegółowe.

Poniższe podpunkty przedstawiają koncepcję i różne kryteria oceny zrównoważonego rozwoju z

uwzględnieniem trzech kluczowych aspektów: środowiska, społeczeństwa i ekonomii. Każde

kryterium może być zastosowane do rozmaitych wyrobów z tworzyw polimerowych. Wybór jak

największej liczby adekwatnych kryteriów jest istotny dla przeprowadzenia maksymalnie obiektywnej

oceny.

4.2 Kryteria oceny aspektów środowiskowych

Ocena cyklu życia (LCA)

Metoda LCA służy do oceny oraz porównania wyrobów o podobnym zastosowaniu pod kątem

wpływu na środowisko na poszczególnych etapach cyklu życia i obejmuje różne kryteria. LCA jest

narzędziem, które może przedstawić pełny obraz wpływu określonego wyrobu na środowisko,

począwszy od pozyskiwania surowców potrzebnych do wytworzenia materiału, a na fazie odzysku

lub unieszkodliwiania odpadów kończąc. Potencjalny wpływ danego wtrobu na środowisko jest

określony ilościowo w różnych kategoriach, np. zdrowie ludzkie, jakość ekosystemu i zużycie

zasobów naturalnych. Dany wyrób może wpływać na środowisko poprzez czynniki rakotwórcze,

emisję związków organicznych oraz nieorganicznych, zmianę klimatu, promieniowanie, zniszczenie

warstwy ozonowej, ekotoksyczność, zakwaszenie/eutrofizację, wykorzystanie terenu, zużycie

surowców naturalnych oraz paliw kopalnych.

Rysunki 18. i 19. w prosty sposób obrazują czynniki brane pod uwagę w ocenie cyklu życia oraz

przykład procesów i etapów cyklu życia przykładowego opakowania wraz z granicami oceny

(granica systemu).

Rys. 18. Etapy LCA Źródło: COBRO

28

Rys. 19. Uproszczone drzewo procesów dla opakowań z przykładami obciążeń środowiskowych

Źródło: COBRO

Odpowiedzialne użytkowanie źródeł podczas procesu produkcji

Obecna intensywna eksploatacja nieodnawialnych źródeł (takich jak węgiel, paliwa kopalne czy gaz

ziemny) doprowadzi w przyszłości do wyczerpania ich zasobów, co może mieć katastrofalne skutki

dla następnych pokoleń. Zaleca się zatem wykorzystanie mniejszych ilości materiałów do produkcji

wyrobów oraz użycie źródeł odnawialnych. Ze względu na kwestię odpowiedzialnego korzystania z

zasobów środowiska istotne są emisje gazów pochodzących z procesów produkcji oraz efekt

cieplarniany. Wskaźnik całkowitej ilości gazów cieplarnianych wyprodukowanych bezpośrednio i

pośrednio w poszczególnych etapach cyklu życia wyrobu jest określany pojęciem „carbon footprint”,

czyli ślad węglowy. Zwykle wyraża się go w tonach lub kilogramach ditlenku węgla (CO2). Przy

uwzględnieniu etapu wytwarzania materiałów opakowaniowych, wg prof. R. Narayana z Michigan

State University, korzystniej w zakresie emisji CO2 wypadają materiały z surowców pochodzenia

roślinnego, w tym polimery biodegradowalne, takie jak polilaktyd (PLA). Wynika to z faktu, że rośliny

asymilują CO2 podczas fotosyntezy. Z tego powodu wielu naukowców dla etapu wytwarzania

materiałów pochodzenia roślinnego zakłada zerowy, a nawet ujemny „carbon footprint”. Więcej

informacji na ten temat można znaleźć w rozdziale 5.

Spełnianie wyższych niż stanowi obowiązujące prawo, w tym dobrowolna certyfikacja w zakresie

ochrony środowiska

W Unii Europejskiej istnieje wiele nieobowiązkowych systemów certyfikacji w zakresie ochrony

środowiska, np.:

certyfikacja wyrobów otrzymywanych ze źródeł odnawialnych;

certyfikacja wyrobów kompostowalnych;

potwierdzenie zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych.

Podane przykłady zostały oznaczone specjalnymi znakami i szerzej opisane w rozdziale 5.

29

4.3. Kryteria oceny aspektów społecznych

Dostępność systemów zbiórki odpadów i technologii odzysku

Podczas wprowadzania na rynek nowych wyrobów należy brać pod uwagę dostępność systemów

zbiórki powstałych z nich odpadów oraz technologii odzysku dostępnych przemysłowo w określonym

regionie. Może się bowiem okazać, że choć wyrób wydaje się przyjazny środowisku, problemy może

stwarzać etap postepowania z odpadami, nie są bowiem dostępne technologie odzysku. Jako

przykład mogą tu posłużyć odpady tworzyw kompostowalnych, które jeśli nie są selektywnie

zbierane z odpadami organicznymi, a deponowane na składowiskach, mają negatywny społeczny

wpływ na środowisko.

Rys. 20. przedstawia sfery organizacyjne i technologiczne, które powinny funkcjonować w

poprawnie działającym systemie recyklingu. Warto przeanalizować powyższy model i ocenić, jak

każdy obszar jest reprezentowany na rynku docelowym.

Rys. 20. Model systemu recyklingu Źródło: COBRO

Wiedza konsumentów i poziom edukacji

Akceptacja społeczna nowych rozwiązań technicznych i technologicznych wymaga wysokiego

poziomu świadomości konsumentów, co z kolei zależy od nakładów finansowych na informację i

edukację. Na wybory konsumentów można także wpłynąć poprzez działania marketingowe czy PR

oraz edukację na różnych poziomach (zajęcia w szkołach/uniwersytetach, seminaria, konferencje

itd.).

Spełnianie oczekiwań konsumenta

Zgodnie z aktualnymi trendami rynkowymi wyroby powinny się charakteryzować: atrakcyjnym

wyglądem, wysokim komfortem użytkowania, ergonomicznym kształtem, trwałością itd. Dążenie do

zrównoważonego rozwoju nie powinno dominować nad kwestiami istotnymi dla konsumentów. W

tym celu należy korzystać z różnych rodzajów badań rynkowych przeprowadzanych na grupie

docelowej.

30

Ocena aspektów społecznych – ukryte koszty związane z końcem cyklu życia

Podjęte przez producentów i konsumentów decyzje w skali mikroekonomicznej wpływają na

pojawienie się „efektów zewnętrznych” lub „efektów społecznych”. Efekty społeczne można

podzielić na:

pozytywne (korzyści społeczne);

negatywne (koszty społeczne).

Pozytywne efekty społeczne mają miejsce, gdy działania producentów i konsumentów korzystnie

wpływają na całe społeczeństwo. Za te korzyści producenci ani konsumenci nie są wynagradzani.

Niekorzystne efekty społeczne pojawiają się, gdy producent lub konsument w wyniku swoich decyzji

generuje dodatkowe koszty dla społeczeństwa, sam ich jednocześnie nie ponosząc. Koszty te są

określane kosztami społecznymi.

4.4. Kryteria oceny aspektów ekonomicznych

Popyt na tworzywa polimerowe

Wprowadzenie nowego wyrobu na rynek i ustalenie jego ceny powinno opierać się na całkowitym

koszcie produkcji danego wyrobu (włączając cenę surowców). Wcześniej należy przeprowadzić

analizę rynku i ocenić potencjalnych konsumentów. Dla przykładu: wyniki sondażu COBRO na temat

polskiego przemysłu opakowań wskazują, że najważniejszymi czynnikami wpływającymi na decyzje

dotyczące produkcji są: cena, właściwości polimeru i jego dostępność. Aż 52% producentów

chciałoby zapłacić za tworzywa zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju taką samą cenę jak za

klasyczne tworzywa petrochemiczne. Tylko 22% producentów dopuszcza możliwość zwiększenia

kosztów do 50%.

Poniższy wykres obrazuje typowy układ podaż-popyt, przedstawiający nadwyżkę

i niedobór produktu, tj. sytuacje, gdy więcej produktów jest potrzebnych niż jest dostarczanych i gdy

więcej produktów jest dostarczanych niż jest potrzebnych. Jednoczesne wystąpienie nadwyżki lub

niedoboru produktu oraz popytu i braku popytu na ten produkt powoduje zachwianie równowagi

rynkowej. W celu zrównoważenia układu popyt-podaż należy zwiększyć lub zmniejszyć cenę

produktu. Ten prosty sposób jest bardzo istotny podczas ustalania strategii cenowej tworzyw

polimerowych.

Rys. 21. Typowy układ podaż-popyt przedstawiający nadwyżkę i niedobór produktu

31

Wybór polimeru – względy ekonomiczne

Rodzaj polimeru może zostać wybrany w wyniku:

analizy rynku;

analizy ryzyka (studium wykonalności);

analizy oferty producentów i dostawców (analiza konkurencji).

Ocena cyklu życia (LCA). Koszty procesów w cyklu życia

Ocena kosztów procesów we wszystkich etapach cyklu życia może zostać przeprowadzona za

pomocą metody LCA. Analiza będzie zawierała pełne studium środowiskowe z dodatkowymi

informacjami o kosztach każdego poszczególnego procesu. Według metody LCA zyski z

poszczególnych procesów powinny być analizowane, a decyzje podejmowane na podstawie

danych dotyczących kosztów.

32

5. Systemy oceny wyrobów polimerowych pod kątem

wybranych kryteriów

5.1. Certyfikacja kompostowalnych tworzyw polimerowych

Ponieważ pojawiło się wiele wprowadzających w błąd informacji na temat „zielonych tworzyw

polimerowych”, organizacje normalizacyjne ustanowiły normy w dziedzinie biotworzyw. W połowie

lat 90. Komisja Europejska zobowiązała Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN) do opracowania

norm dla opakowań kompostowalnych. W wyniku pracy tego Komitetu powstała norma

EN-13432:2000 (polskie wydanie PN-EN-13432:2002), która jest zharmonizowana z Dyrektywą

94/62/WE dotyczącą opakowań i odpadów opakowaniowych.

Normy wprowadzają zestaw wymagań, które musi spełnić wyrób lub usługa. Można je podzielić na

dwie główne grupy:

zawierające zestaw określonych wymagań wraz z odpowiednimi wartościami, których

spełnienie kwalifikuje do oznaczania specjalnym znakiem. Przykładem takiego zestawu

wymagań jest norma EN-13432 dotycząca kompostowalnych tworzyw polimerowych. Była

ona podstawą do opracowania normy EN-14995 dotyczącej oceny zdolności do

kompostowania tworzyw polimerowych. Zestaw wymagań w tej dziedzinie zawarty jest

również w takich normach jak norma ASTM D6400 (amerykańska), norma ISO 17088

(międzynarodowa) i innych;

zawierające metody badań, oceny, oznaczania lub praktyki. Metody zawierają opis

prowadzenia badań oraz sposób walidowania. Badania określonej cechy kompostowalnego

wyrobu należy przeprowadzić zgodnie z metodą wymieniona w zestawie wymagań.

Znormalizowane wymagania są często podstawą systemów certyfikacji (poza certyfikacją tworzyw

polimerowych z surowców odnawialnych). Certyfikat stanowi potwierdzenie, że wyrób/usługa są

zgodne z określonymi wymaganiami. Ocena zgodności i badania wyrobu przeprowadzane są przy

użyciu odpowiednich metod.

Normy dotyczące kompostowalnych tworzyw polimerowych

Do określana przydatności do kompostowania najczęściej wykorzystywane są wymagania zawarte

we wcześniej wymienionej normie EN-13432. Wyrób kompostowalny powinien spełniać poniższe

wymagania:

poziom zawartości metali ciężkich i innych pierwiastków poniżej limitów ustalonych w

Załączniku A do normy;

przeprowadzona analiza procesu biodegradacji - w ciągu 180 dni musi nastąpić co najmniej

90-proc. przemiana węgla organicznego w CO2 (mineralizacja);

przeprowadzona analiza zdolności do rozpadu w czasie obróbki biologicznej. W ciągu

3 miesięcy (12 tygodni) testów przeprowadzanych w warunkach półprzemysłowego lub

przemysłowego kompostowania nastąpił odpowiedni rozpad materiału (nie więcej niż 10%

suchej masy pozostaje na sicie o średnicy oczek >2 mm);

przeprowadzona analiza ekotoksyczności w celu potwierdzenia, że proces obróbki

biologicznej nie obniża jakości uzyskanego kompostu – pozytywny wynik testów wzrostu roślin

na kompoście uzyskanym z udziałem badanego materiału.

Kompostowanie, inaczej recykling organiczny, to tlenowy proces obróbki biologicznej odpadów. Jest

on prowadzony w warunkach kontrolowanych przy udziale mikroorganizmów, które czerpią energię

z przekształcenia węgla w ditlenek węgla. W wyniku tego procesu uzyskuje się materię organiczną,

zwaną kompostem.

33

Potwierdzenie kompostowalności może zostać wydane w postaci certyfikatu przyznanego na wyrób

finalny. W przypadku surowców (polimerów), półproduktów oraz dodatków możliwe jest uzyskanie

wpisu do rejestru zgodnie z normą EN-13432. Ich producenci nie mogą uzyskać certyfikatów takich

jak producenci wyrobów finalnych. Jeśli natomiast producenci wyrobów finalnych wykorzystują

zarejestrowane materiały unikają zarówno drogich, jak i długotrwałych procedur potwierdzających

kompostowalność.

Jednym z pierwszych państw w Europie, które wprowadziły system certyfikacji biodegradowalnych

tworzyw polimerowych, były Niemcy. Podstawy do opracowania kryteriów certyfikacji stworzyło

Stowarzyszenie Producentów Materiałów Biodegradowalnych (niem. Interessengemeinschaft

Biologisch Abbaubare Werkstoffe, IBAW), które w 2006 r. zmieniło nazwę na European Bioplastics

Association. Rys. 22. przedstawia systemy certyfikacji prowadzone w Europie wraz z różnymi

rodzajami znaków przydatności do kompostowania.

Rys. 22. System certyfikacji biodegradowalnych/kompostowalnych tworzyw polimerowych w

Europie Źródło: PLASTiCE

W Europie wiodącymi jednostkami certyfikującymi są: DIN CERTCO (członek Niemieckiego Institute

for Standardization, DIN) oraz vinçotte. DIN CERTCO współpracuje z wieloma partnerami

działającymi w różnych krajach, m.in. w Niemczech, Szwajcarii, Holandii, Wielkiej Brytanii i Polsce.

Jednostki certyfikujące według systemu VINÇOTTE działają w skali międzynarodowej, poprzez biura

w Belgii i we Włoszech. We Włoszech działa też system CIC (Italian Composting Association

wspólnie z Certiquality). Certyfikacja prowadzona zarówno DIN CERTICO, jak i VINÇOTTE jest

związana z uprawnieniami posiadacza certyfikatu do nanoszenia na wyrobie finalnym specjalnego

znaku o nazwie „Seedling Logo” (Sadzonka), którego właścicielem jest European Bioplastics

Association. Znak ten wskazuje konsumentom, że wyrób po zużyciu należy zbierać razem z innymi

kompostowalnymi odpadami organicznymi. DIN CERTICO, VINÇOTTE, a także CIC posiadają

również swoje własne oznaczenia kompostowalności, które można umieszczać na wyrobie.

34

Rys. 23. przedstawia znaki przydatności do kompostowania, które są umieszczane na wyrobach

certyfikowanych przez: DIN CERTCO, VINÇOTTE oraz CIC.

Rys. 23. Logo „SeedlingTM” oraz „Geprüft” przyznawane przez DIN CERTCO, logo OK COMPOST

przyznawane przez VINÇOTTE oraz logo przydatności do kompostowania przyznawane przez CIC.

Źródło: strony internetowe jednostek certyfikujących: DIN CERTCO, VINÇOTTE oraz CIC

Potwierdzenie kompostowalności w przypadku opakowań przyznawane jest po spełnieniu

poniższych warunków:

wszystkie materiały opakowania oraz jego elementy muszą być kompostowalne (nawet gdy

można je łatwo oddzielić, na przykład kubek do jogurtu oraz pokrywka);

grubość materiału, z którego wykonane jest opakowanie, nie może przekraczać maksymalnej

grubości, przy której ulega on biodegradacji;

opakowanie nie może zawierać dodatków niebezpiecznych dla środowiska, a jego

planowane zastosowanie musi zostać dokładnie opisane. Certyfikat nie zostanie przyznany,

jeśli w skład wyrobu wchodzą dodatki pogarszające jakość kompostu.

W uzupełnieniu do kompostowania przemysłowego DIN CERTCO oraz VINÇOTTE oferują także

certyfikację wyrobów przewidzianych do kompostowania w kompostownikach przydomowych.

Odpowiednie znaki zaprezentowano na rys. 24. W kompostownikach przydomowych kompostuje

znacznie mniejsze ilości odpadów niż w warunkach przemysłowych, a zakres temperatur jest

znacznie niższy. Z tego też powodu kompostowanie „ogrodowe” jest trudniejsze, proces

biodegradacji przebiega zaś wolniej. Przydatność wyrobu do kompostowania w kompostownikach

przydomowych potwierdzają certyfikaty ze znakiem „HOME OK COMPOST”.

Rys. 24. Znaki dla wyrobów kompostowalnych w kompostownikach przydomowych Źródło: strony

internetowe jednostek certyfikujących DIN CERTCO i VINÇOTTE

VINÇOTTE certyfikuje także wyroby biodegradowalne w glebie oraz w wodzie – na te wyroby

nanosi się znaki przedstawione na rys. 25. Te systemy certyfikacji opierają się na wymaganiach

odpowiednich norm i gwarantują, że wyroby są całkowicie biodegradowalne w określonych

warunkach (gleba lub woda) i nie wpływają niekorzystnie na środowisko naturalne. Należy jednak

zwrócić uwagę, że certyfikat biodegradowalności w wodzie nie gwarantuje biodegradowalności w

wodzie morskiej (słonej).

35

Rys. 25. Znaki dla wyrobów biodegradowalnych w glebie oraz w wodzie

Źródło: strona internetowa jednostki certyfikującej Vinçotte

Certyfikację wyrobów kompostowanych w Stanach Zjednoczonych przeprowadza się w oparciu o

normę ASTM D6400. Rys. 26 przedstawia znak przydatności do kompostowania, który przyznaje

amerykańska Rada ds. Kompostowania oraz Instytut Produktów Biodegradowalnych.

Rys. 26. Znak informujący o biodegradowalności i przydatności do kompostowania, potwierdzający

uzyskanie certyfikatu amerykańskiej Rady ds. Kompostowania i Instytutu Produktów

Biodegradowalnych Źródło: strona internetowa instytutu certyfikującego Biodegradable Products

Institute

5.2. Certyfikacja zawartości źródeł odnawialnych

Do oznaczania udziału surowców odnawialnych wykorzystuje się metodę datowania izotopem węgla

14C. Tworzywa składają się z atomów węgla pochodzącego ze źródeł kopalnych lub odnawialnych,

który występuje w naturze jako mieszanina izotopów: 12C, 13C i 14C. Izotop węgla 14C jest

nietrwały, wolno się rozpada i jest obecny we wszystkich żywych organizmach. Węgiel 14C

wchodzący w skład żywych organizmów jest trwały, gdyż zależy od stężenia węgla 14C w

środowisku, które jest stałe ze względu na ciągłą wymianę materii z otoczeniem. Sytuacja zmienia

się, gdy dochodzi do śmierci organizmu – stężenie radioaktywnego izotopu węgla 14C zaczyna

maleć z powodu jego rozpadu. Okres połowicznego rozpadu izotopu 14C wynosi około 5700 lat. W

skali ludzkiego życia proces nie jest widoczny, ale w okresie 50000 lat stężenie izotopu 14C zmaleje

tak bardzo, że nie będzie można go zmierzyć. Oznacza to, że zawartość 14C w zasobach kopalnych

jest znikoma.

Norma ASTM D6866, która opiera się na powyżej opisanym zjawisku, służy do certyfikacji

materiałów, półproduktów, dodatków i wyrobów pochodzących ze źródeł odnawialnych lub z

udziałem takich źródeł.

Instytuty Vinçotte i DIN CERTCO wprowadziły systemy oceny zawartości węgla ze źródeł

odnawialnych w tworzywach polimerowych. Dzięki wdrożonemu systemowi możliwe jest określenie

procentowej zawartości węgla „starego” (ze źródeł kopalnych) i „nowego” (ze źródeł

odnawialnych). Rys. 27. obrazuje różnicę pomiędzy „starym” a „nowym” węglem. „Wiek węglowy”

oznacza czas niezbędny do otrzymania węgla do procesu produkcji wyrobu. Klasyczne tworzywa

polimerowe składają się z węgla pochodzącego ze źródeł kopalnych, liczącego sobie miliony lat.

Tworzywa polimerowe wyprodukowane z materiałów pochodzących ze źródeł odnawialnych

(kukurydza, trzcina cukrowa, ziemniaki itp.) zawierają węgiel, którego cykl obiegu w przyrodzie

wynosi maksymalnie kilka, a dla materiałów wytworzonych z drewna – kilkadziesiąt lat.

36

Rys. 27. Obieg węgla

W Unii Europejskiej pierwszym systemem certyfikacji wyrobów zawierających źródła odnawialne był

system wdrożony przez belgijską jednostkę certyfikująca vinçotte. Certyfikat potwierdzający w

składzie zawartość źródeł odnawialnych jest dostępny dla wyrobów zawierających przynajmniej

20% węgla pochodzącego ze źródeł odnawialnych i dzieli się na cztery grupy:

20–40% zawartości ze źródeł odnawialnych;

40–60% zawartości ze źródeł odnawialnych;

60–80% zawartości ze źródeł odnawialnych;

powyżej 80% zawartości ze źródeł odnawialnych.

System może być wykorzystany dla różnych wyrobów, w całości lub części pochodzących ze źródeł

naturalnych (z wyłączeniem paliw stałych, płynnych i gazowych). Kryteria oceny stosowane w

certyfikacji są ogólnodostępne. Certyfikowany wyrób musi zawierać co najmniej 30% frakcji węgla

organicznego w przeliczeniu na suchą masę i co najmniej 20% zawartości węgla organicznego ze

źródeł odnawialnych. Analiza opiera się na metodzie B lub C normy ASTM D6866. Certyfikacji nie

podlegają wyroby toksyczne i przeznaczone do zastosowań w medycynie.

Rys. 28 przedstawia znak potwierdzający zawartość w wyrobie surowców ze źródeł odnawialnych.

Liczba gwiazdek umieszczona na tym znaku zależy od procentowej zawartości węgla pochodzącego

ze źródeł odnawialnych.

Rys. 28. Znak VINÇOTTE potwierdzający zawartość w wyrobie źródeł odnawialnych. Źródło: strona

internetowa jednostki certyfikującej VINÇOTTE

37

Certyfikacja DIN CERTCO dla tworzyw polimerowych zawierających źródła odnawialne znajduje

zastosowanie w wielu branżach (poza wyrobami medycznymi, petrochemicznymi i toksycznymi).

Przyznany certyfikat uprawnia do umieszczenia na wyrobie specjalnego znaku, wskazującego na

procentową zawartość źródeł odnawialnych. Certyfikacja prowadzona jest w trzech granicznych

przedziałach procentowych:

Od 20 do 50%;

Od 50 do 85%;

powyżej 85% zawartości źródeł odnawialnych.

Rys. 29. przedstawia znaki wskazujące procentową zawartość węgla pochodzącą ze źródeł

odnawialnych.

Rys. 29. Symbole DIN CERTCO potwierdzające zawartość źródeł odnawialnych

Źródło: strona internetowa jednostki certyfikującej DIN CERTCO

Jeśli wyrób składa się z kilku elementów wykonanych z różnych materiałów, producent jest

zobowiązany certyfikować każdy z nich. Istnieje też możliwość certyfikowania grupy wyrobów, jeśli

są wykonane z tego samego materiału i posiadają podobny kształt, a różnią się jedynie wielkością.

5.3. Certyfikacja – podsumowanie

Rys. 30. Standaryzacja i certyfikacja biotworzyw

38

Rys. 30. przedstawia graficznie zależności między działaniami normalizacyjnymi i certyfikacyjnymi w

zakresie biotworzyw. Biotworzywa to tworzywa polimerowe biodegradowalne i/lub ze źródeł

odnawialnych (według definicji European Bioplastics). Systemy certyfikacji dla tych dwóch rodzajów

biotworzyw są odrębne. Dla tworzyw polimerowych ze źródeł odnawialnych stosuje się jedynie

odpowiednie metody badań, nie ma potrzeby definiowania znormalizowanych wymagań, ponieważ

potrzebne do systemu certyfikacji wyniki są uzyskiwane na podstawie proporcji węgla ze źródeł

odnawialnych w odniesieniu do węgla „starego”. W oparciu o wyniki oznaczeń zawartości

surowców odnawialnych wyrób lub materiał może podlegać certyfikacji.

Biodegradowalne tworzywa polimerowe można podzielić na:

tworzywa polimerowe biodegradowalne w wodzie, dla których ustanowiono znormalizowane

wymagania i metody badań, a także jest rozwijany system certyfikacji;

tworzywa polimerowe biodegradowalne w glebie, dla których ustanowiono metody badań

bez znormalizowanych wymagań, a system certyfikacji jest rozwijany;

tworzywa polimerowe biodegradowalne w warunkach beztlenowych, jedynie metody badań

są rozwijane, nie ustanowiono znormalizowanych wymagań i nie wprowadzono systemu

certyfikacji;

tworzywa polimerowe biodegradowalne w warunkach tlenowych (kompostowalne), które

obejmują:

tworzywa polimerowe przeznaczone do kompostowania przemysłowego, w tej

dziedzinie ustanowiono wiele znormalizowanych wymagań, znormalizowanych metod

badań oraz wdrożono systemy certyfikacji,

tworzywa polimerowe przeznaczone do kompostowania w warunkach

kompostowników przydomowych, normy obejmujące wymagania zostały opublikowane

w 2010 roku, rozwijane są metody badań, a także systemy certyfikacji.

Ze względu na brak potwierdzenia działania mikroorganizmów w procesie rozkładu,

oxodegradowalne tworzywa polimerowe NIE należą do grupy biotworzyw. Dla tworzyw

oxodegradowalnych opracowano znormalizowane metody badań, brak jednak

znormalizowanych wymagań i systemów certyfikacji.

Kwestie związane z normalizacją i certyfikacją biotworzyw są bardzo obszerne, złożone i szybko się

zmieniają. Więcej informacji na ten temat uzyskać można, kontaktując się z wymienionymi

jednostkami certyfikującymi.

39

5.4. Ślad węglowy – potwierdzenie redukcji emisji gazów

cieplarnianych

Ograniczenia w emisji gazów cieplarnianych spowodowały rozwój metod obliczania emisji w

przeliczeniu na wyroby przemysłowe, w tym opakowania. Jedną z nich określa się pojęciem „carbon

footprint” lub „carbon profile”, czyli śladem węglowym. Ślad węglowy jest wskaźnikiem określającym

całkowitą ilość wyemitowanego bezpośrednio i pośrednio CO2 i innych gazów cieplarnianych

podczas całego cyklu ich życia określonego wyrobu.

Najpowszechniej stosowana metoda obliczania śladu węglowego w Europie opiera się na

wyliczeniach zawartych w normie brytyjskiej PAS 2050:2011, opracowanej przez BSI (British

Standards Institution). Rys. 31. przedstawia pięć kroków procedury obliczania śladu węglowego. Rys.

32. ilustruje etapy cyklu życia uwzględniane w obliczeniach wskaźnika „carbon footprint” oraz

potrzebne dane.

Rys. 31. Procedury obliczania śladu węglowego

wg normy PAS 2050:2011

Rys. 32. Etapy cyklu

życia i dane niezbędne

do wyliczenia śladu

węglowego

W 2007 roku Carbon Trust, organizacja finansowana przez rząd brytyjski, wprowadziła nowe

oznaczenie tworzyw, tzw. etykietę redukcji węgla („carbon reduction label”). Aktualny wzór znaku

znajduje się na rys. 33. Etykieta redukcji węgla oznacza całkowitą wartość emisji ditlenku węgla i

innych gazów cieplarnianych w przeliczeniu na CO2 towarzyszącą różnym procesom w całym cyklu

życia danego wyrobu (produkcja, transport, dystrybucja, zbiórka i recykling odpadów). Procedury

obliczania redukcji węgla opierają się na normie PAS 2050:2011.

Zamieszczona na wyrobach etykieta redukcji węgla informuje konsumenta o poziomie emisji gazów

cieplarnianych i pomaga dokonać świadomego wyboru przy zakupie, ukazując wpływ danego

wyrobu na środowisko.

Pytania kluczowe:

Jakie zastosowano materiały

Skąd pochodzą?

W jaki sposób są dostarczane?

Jaki rodzaj energii jest zużywany (paliwo, prąd)?

Co może powodować główną emisję?

40

Rys. 33. Aktualny wzór znaku

potwierdzającego współpracę z

Carbon Trust w celu ograniczenia emisji

CO2. Znak ten informuje:

„Współpraca z Carbon Trust. 19 kg

CO2 na m2. Ślad węglowy tego wyrobu

stanowi całkowitą emisję ditlenku

węgla (CO2) i innych gazów

cieplarnianych w trakcie jego życia, w

tym produkcję, użytkowanie i usuwanie.

Zobowiązaliśmy się do obniżenia śladu

węglowego.”

Producenci współpracujący z Carbon Trust analizują mapy procesów związane z cyklem życia

określonych wyrobów i są w stanie wpływać na rozwiązania techniczne i logistyczne, zmniejszające

emisję gazów cieplarnianych. W pilotażowym projekcie badawczym wzięli udział producenci

następujących wyrobów: sok pomarańczowy, płatki ziemniaczane, środki myjące, żarówki oraz

odzież. Rys. 34. przedstawia przykłady etykiet redukcji węgla zamieszczonych na wyrobach

sprzedawanych przez jedną z sieci sklepów spożywczych.

Rys. 34. Znak redukcji węgla umieszczony na butelce

mleka (należy zwrócić uwagę, że wartość podana na

etykiecie redukcji węgla obejmuje cały proces

powstania mleka, w tym wyprodukowania butelki,

zakrętki, wydrukowania etykiety itd.). Źródło:

http://www.german-retail-blog.com/2012/04/19/

tescos-carbon-footprint/

Kolejnym ważnym przykładem współpracy z Carbon Trust jest znaczący światowy producent

napojów. Rys. 35 przedstawia drzewo procesów cyklu życia określonego napoju. Rys. 36 prezentuje

analizę śladu węglowego dla całego procesu produkcji określonych napojów. Można zauważyć, że

ślad węglowy związany z opakowaniem – butelką szklaną – wynosi 68,5% całkowitych emisji CO2

związanej z produkcją napoju. Wartość ta dla metalowej puszki 0,33 l maleje do 56,4%, dla butelki

PET 0,5 l wynosi 43,2%, a dla butelki PET 2 l równa się 32,9%.

Rys. 35. Schemat procesów związanych z napojami

41

Rys. 36. Udział śladu węglowego różnych rodzajów opakowań w całkowitych emisjach związanych

z produkcja napoju

Przy porównaniu śladu węglowego dla niektórych napojów, najwyższą wartość obserwuje się dla

standardowego napoju w 330-mililitrowej butelce szklanej (1071 g CO2 na litr). Najniższą wartość

ma dietetyczny napój w 2-litrowej butelce (192 g CO2 na litr).

Wyższe wartości śladu węglowego dla standardowych napojów w porównaniu z napojami

dietetycznymi wiążą się z większą zawartością cukru, co powoduje zwiększoną emisję całkowitą.

Rys. 37. Ślad węglowy dla różnych rodzajów napojów i różnych opakowań

42

6. Podsumowanie

Niniejszy przewodnik został opracowany w celu przekazania obiektywnych informacji na temat

biotworzyw oraz pełniejszego zrozumienia pojęcia tworzyw polimerowych zgodnych z zasadą

zrównoważonego rozwoju.

Omówione zostały w nim istotne kwestie dotyczące łańcucha wartości wyrobów z tworzyw

polimerowych w ujęciu zrównoważonego rozwoju, począwszy od podstawowych pojęć w zakresie

materiałów polimerowych, przez charakterystykę biotworzyw i światowe zdolności produkcyjne, a

skończywszy na aspektach składających się na ocenę pod kątem zrównoważonego rozwoju

(środowiskowe, społeczne i ekonomiczne) oraz systemach certyfikacji. Mamy nadzieję, że zakres

tematyczny przewodnika zawiera wszystkie kluczowe zagadnienia. Praktyczne informacje zostały

uwzględnione w załącznikach, gdzie podano przykłady zastosowań biotworzyw oraz wykaz badań i

innych usług oferowanych przez nasze konsorcjum.

Mamy nadzieję, że przewodnik spełnił Państwa oczekiwania. Zapraszamy też do naszego kanału na

YouTube (www.youtube.com/user/plasticeproject), na którym udostępniono użyteczne prezentacje

wideo i wykłady, a także wykłady ekspertów wygłaszane podczas organizowanych przez nas

wydarzeń specjalnych.

43

Załącznik A

Wykaz zastosowań biotworzyw

Wykaz zastosowań biotworzyw został przygotowany z myślą o możliwościach ich wykorzystania w

Państwa przedsiębiorstwie i pokazania, że zakres użytkowy jest znacznie szerszy niż tylko

biodegradowalne torby handlowe – tzw. reklamówki. Wyroby zostały podzielone na różne grupy,

każdy posiada krótki opis możliwych zastosowań wraz z wymienionymi zaletami wynikającymi z

zastosowania biotworzyw.

Jak zdążyli Państwo zauważyć, w przewodniku staraliśmy się unikać używania nazw konkretnych

przedsiębiorstw. Dochodzimy jednak do punktu, w którym niezbędne będzie podanie kilku –

naturalnie nie w celach promocyjnych, ale by zaprezentować wszystkie możliwe zastosowania

biotworzyw. Zamieszczone zdjęcia są w większości własnością European Bioplastics (zakładka

Press/Press pictures), pozostałe zaś zostały opisane źródłem.

Życzymy wielu sukcesów w poszukiwaniu nowych zastosowań biotworzyw.

44

Folie, torby handlowe

Folie z biotworzyw mogą być wykorzystane do produkcji toreb na odpady organiczne, toreb

kompostowalnych, toreb ze źródeł odnawialnych, owinięcia wyrobów spożywczych, folie kurczliwe

do owinięć napojów i inne. Do głównych zalet stosowania biotworzyw należą: aspekt środowiskowy,

zwiększona akceptacja konsumentów, wydłużony okres przechowywania wyrobów na półkach oraz

wykorzystanie w recyklingu organicznym odpadów opakowań kompostowalnych.

Kompostowalna torba handlowa

Źródło Aldi/BASF

Torba handlowa z Bio PE Źródło : Lidl Austria

GmbH

Kompostowalna torba handlowa

Źródło : Novamont

Kompostowalna przezroczysta folia do

owinięć kwiatów

Źródło : FKuR

Kompostowalna folia do pakowania owoców i warzyw

Źródło : Alesco

Kompostowalna kurczliwa folia do napojów

Źródło : Alesco

Kompostowalna torebka materiałów kosmetycznych Kompostowalne owinięcie mydła

45

Opakowania żywności

Opakowania z biotworzyw znalazły zastosowanie w pakowaniu żywności takiej jak: chleb, ciasta,

owoce i warzywa, słodycze, przyprawy, herbaty, napoje. Na rynku są już dostępne różne rodzaje

takich opakowań. Ich główne zalety to: wydłużony okres przechowywania wyrobów, wysoki poziom

akceptacji wśród konsumentów oraz możliwość kompostowania jako proces unieszkodliwiania

odpadów organicznych.

Bazujące na celulozie biodegradowalne opakowanie

organicznego makaronu

Źródło : Birkel

Kompostowalna siatka na owoce

Author: FKuR

Bazująca na skrobi rozpuszczalna w wodzie,

kompostowalna tacka na pralinki czekoladowe

Źródło: Marks and Spencer

Kompostowalny pojemnik na owoce i warzywa,

wyprodukowany z PLA

Źródło Plastice

Bazujące na celulozie kompostowalne opakowania ziół

i przypraw

Źródło: Innovia Films

Kompostowalne opakowania na owoce i warzywa

Źródło: Wentus

46

Kompostowalne

opakowanie bazujące

na celulozie

Źródło: Innovia Films

Kompostowalne opakowanie bazujące

na celulozie

Źródło: Innovia Films

Kompostowalne opakowanie bazujące na

celulozie

Źródło: Innovia Films

Kompostowalne opakowanie bazujące

na celulozie

Źródło: Innovia Films

Kompostowalne opakowanie

bazujące na celulozie

Źródło: Innovia Films

Kompostowalne opakowanie

bazujące na celulozie

Źródło: Innovia Films

Butelki

wyprodukowane z

surowców

odnawialnych

Źródło: Blue Lake

Citrus Products

Butelki

wyprodukowane

z surowców

odnawialnych

Źródło:

Sant’Anna –

Fonti di Vinadio

Butelki składające się w 30% z

surowców odnawialnych

Źródło: Coca-Cola

Butelki składające się w 30% z

surowców odnawialnych

Źródło: Heinz

47

Jednorazowe kubki, sztućce i talerze

Opakowania i wyroby jednorazowego użycia są często wykorzystywane przez firmy cateringowe

podczas pikników, imprez na świeżym powietrzu oraz w samolotach.

Generują one ogromną ilość odpadów, a ponadto są trudne w recyklingu ze względu za

zanieczyszczenie pozostałościami pożywienia. Natomiast wyroby jednorazowego użycia wykonane

z materiałów biodegradowalnych mogą być po zużyciu zbierane razem z resztkami pożywienia i

poddawane kompostowaniu, co stanowi ich olbrzymią zaletę.

Kompostowalny kubek do gorących

napojów - papier z warstwą

biotworzywa

Źródło: Huhtamaki

Kompostowalne kubki do zimnych

napojów

Źródło: Huhtamaki

Biodegradowalne widelce

Źródło: Novamont

Miseczki i tacki wyprodukowane z biotworzyw

Źródło: Koser/Tecnaro Biodegradowalne słomki

Źródło: PLASTiCE

48

Wyroby rolnicze i ogrodnicze

Biodegradowalne doniczki, folie do ściółkowania, tacki ze spienionego PLA stosuje się w

ogrodnictwie. Rośliny rosnące w biodegradowalnych doniczkach nie są z nich przesadzane, dzięki

czemu korzenie nie zostają uszkodzone, a doniczka w wyniku kompostowania zmienia się w nawóz

użyźniający glebę.

Folia do ściółkowania, stosowana głównie w uprawach warzyw i zbóż, uniemożliwia rozwój

chwastów oraz zatrzymuje wodę. Po zebraniu plonów folia może zostać zaorana i służyć jako

nawóz, co jest rozwiązaniem bardziej praktycznym i ekonomicznym od zebrania jej z pola,

oczyszczenia z pozostałości gleby i roślin, a następnie poddania recyklingowi. Tacki do rozsadzania

roślin wyprodukowane ze spienionego PLA mają identyczne zastosowanie jak te wykonane ze

spienionego polistyrenu. Zdecydowaną zaletą jest natomiast możliwość ich kompostowania.

Biodegradowalna doniczka

Źródło: Limagrain

Kompostowalna, biodegradowalna

folia do ściółkowania, którą można

zaorać

Źródło: BASF

Tacki wytworzone ze spienionego PLA

Źródło: FKuR & Synbra

49

Elektronika

Trudno nie zgodzić się ze stwierdzeniem, że żyjemy w erze elektroniki. Obudowy komputerów,

telefonów komórkowych, nośników pamięci i innych małych akcesoriów elektronicznych

produkowane są z tradycyjnych tworzyw sztucznych, ponieważ są one lekkie, łatwe do transportu i

jednocześnie wytrzymałe. Jednymi z pierwszych wytwarzanych z biotworzyw wyrobów z sektora

szybko zbywalnych artykułów elektronicznych są: części klawiatury, obudowy telefonów,

odkurzacze, myszki do komputera. Z czasem możliwości zastosowania biotworzyw w sprzęcie

elektronicznym rosną w szybkim tempie.

Biodegradowalna myszka

Źródło: Fujitsu

Klawiatura wyprodukowana z biotworzywa

Źródło: Jujitsu

Biodegradowalne słuchawki wyprodukowane z

biotworzywa

Źródło: Michael Young Designer

Obudowa telefonu wyprodukowana w 40% z

biotworzyw

Źródło: Samsung

Biodegradowalne i/lub biopochodne obudowy

telefonów

Źródło: Ventev InnovationsTM

Biodegradowalne obudowy telefonów

Źródło: Api Spa – Biomood Srl

50

Odzież

Obecnie w produkcji obuwia czy materiałów syntetycznych klasyczne tworzywa i materiały naturalne

są wypierane przez biotworzywa. Z tych ostatnich szyje się suknie ślubne, kurtki, a nawet produkuje

obuwie (biotworzywa polimerowe są doskonałą biodegradowalną alternatywą dla skóry). Wartość

dodaną stanowi tu wszechstronność zastosowania, nawet do najnowocześniejszego obuwia wysokiej

jakości.

Kurtka uszyta z materiału

wyprodukowanego

w części z biotworzyw

Źródło: DuPont

Biodegradowalna suknia

ślubna

Źródło: Gattinoni

Biodegradowalne buty

Źródło: ecouterre.com – Gucci

51

Artykuły higieniczne i kosmetyczne

Artykuły higieniczne i kosmetyczne są źródłem ogromnej ilości odpadów, dlatego też konieczność

wprowadzenia opakowań z materiałów bardziej przyjaznych dla środowiska wydaje się w tym

przypadku oczywista. Niektórzy producenci stosują biodegradowalne tworzywa, inni zamienili

klasyczne opakowania z materiałów pochodzących ze źródeł kopalnych na zgodne z zasadą

zrównoważonego rozwoju materiały polimerowe ze źródeł odnawialnych. Zagospodarowanie

odpadów powstałych po zużyciu opakowań wykonanych z takich materiałów jest bardzo proste.

Biodegradowalne opakowania

kosmetyków

Źródło: Sidaplax

Biodegradowalne opakowania

kosmetyków Źródło: FKuR

Biodegradowalne opakowania

kosmetyków

Źródło: Cargo Cosmetics

Kompostowalna szczoteczka do zębów (włosie nie jest kompostowalne!)

Źródło: World Centric

Biodegradowalne opakowania

kosmetyków do pielęgnacji włosów

i ciała

Źródło: Sidaplax

Biodegradowalne opakowania

kosmetyków do pielęgnacji włosów i

ciała

Źródło: Eudermic/Natureworks

Opakowania ze źródeł

odnawialnych kosmetyków do

pielęgnacji włosów i ciała

Źródło: Procter&Gamble

52

Tekstylia – gospodarstwo domowe i motoryzacja

Jak już Państwo zauważyli, biotworzywa znajdują szeroki zakres zastosowań. Jednym z możliwych jest

wytwarzanie artykułów włókienniczych. Do produkcji tekstyliów mogą być wykorzystywane różne rodzaje

tworzyw, jednak specjaliści komunikacji społecznej kładą duży nacisk na te pochodzące ze źródeł

odnawialnych, mimo iż niektóre są także biodegradowalne.

Wyroby wytwarzane z takich tekstyliów posiadają niemal identyczne podobne właściwości i jakość jak

klasyczne wyroby (np. dywany, materiały obiciowe itp.).

Motoryzacja

Jak już wspomniano wcześniej, biotworzywa wykorzystuje się do wytwarzania materiałów i

elementów wyposażenia wnętrz samochodów. Są też używane w produkcji innych artykułów

motoryzacyjnych, które muszą spełniać specyficzne wymogi, np. przewód paliwowy

wyprodukowany z nylonu pochodzącego ze źródeł odnawialnych.

Dywan wyprodukowany z

biotworzywa

Źródło: DuPont

Materiał obiciowy

wyprodukowany z biotworzywa

Źródło: Tango Biofabric. Tejin

Wypełnienie poduszki wyprodukowane z

biotworzywa

Źródło: Paradies GmbH

Tekstylia wyprodukowane z biotworzywa BIO-PET w bagażniku

Toyoty

Źródło: http://goo.gl/V4mIJ

Termoodporne obicie fotela samochodowego

wyprodukowane w 100% z biotworzywa

Źródło: Mazda Motor Corporation, Teijin

Przewód paliwowy wykonany z nylonu pochodzącego

ze źródeł odnawialnych (odporny na działanie

biopaliw, ekstremalne temperatury i naprężenia

mechaniczne) Źródło: DuPont

Obudowa poduszki powietrznej wykonana

z tworzywa polimerowego ze źródeł odnawialnych

biobased

Źródło: DuPont

53

Sport

Dzięki tworzywom sztucznym uprawianie sportu stało się tańsze. Gadżety i odzież sportowa są w

większości wykonane z tych materiałów. Również biotworzywa powoli wchodzą na ten obszar.

Poniżej zamieszczono przykłady wyrobów z biotworzyw.

Biodegradowalne miękkie naboje Biodegradable

airsoft pellets - biodegradowalne naboje do gry w

airsoft!!!Źródło: Wikimedia Commons

Biodegradowalny kołeczek golfowy

Źródło: EcoGolf

Buty narciarskie wykonane z surowców

odnawialnych

Źródło: Salomon

Buty narciarskie wykonane w 80% z surowców

odnawialnych

Źródło: Atomic

Siedzenia na stadionie ArenA wykonane z PE ze źródeł odnawialnych biobased

54

Inne

Poniżej przedstawiono niektóre z zastosowań biotworzyw, których nie uwzględniono w żadnej z

wymienionych grup.

Biodegradowalny ołówek

Źródło: Telles, Metabolix

Torba podróżna wyprodukowana w 100%

z surowców odnawialnych

Źródło: Arkema

Biopochodne i biodegradowalne zabawki Biopochodne i biodegradowalne zabawki

Biodegradowalne wieszaki z „ciekłego drewna”

Źródło: Benetton Group

Kołki Fisher UX wykonane z tworzyw

biodegradowalnych

Źródło: fischerwerke, Waldachtal

Oprawki okularów wyprodukowane z surowców

odnawialnych

Źródło: Tanaka Foresight Inc., Teijin

Oprawki okularów wyprodukowane z surowców

odnawialnych

Źródło: Arkema

55

Załącznik B

Schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów biodegradowalnych

Rozwój łańcucha wartości zrównoważonego rozwoju tworzyw polimerowych w

Europie Centralnej

Pakiet zadaniowy 3

Opracowanie mapy drogowej

– od nauki do innowacji w łańcuchu wartości

WSPÓLNY (PONADNARODOWY) SCHEMAT BADAŃ I ROZWOJU

W ZAKRESIE POLIMERÓW BIODEGRADOWALNYCH

56

Wprowadzenie

W okresie ostatnich lat Konsorcjum PLASTiCE było zaangażowane w badania podstawowe

i stosowane nad różnymi etapami łańcucha wartości biodegradowalnych tworzyw polimerowych.

Chociaż każda z biorących udział w projekcie instytucji jest pod względem teoretycznym

przygotowana do realizacji większości usług badawczych, w praktyce każda z nich specjalizuje się w

innej dziedzinie badań i rozwoju. Aby lepiej spełniać potrzeby producentów polimerów

biodegradowalnych i tworzyw polimerowych w Europie Centralnej oraz wspomóc proces

wprowadzenia nowych rozwiązań na rynek, Konsorcjum PLASTiCE rozpoczęło tworzenie

ponadnarodowego schematu badań i rozwoju.

Dzięki współpracy siedmiu instytucji badawczo-rozwojowych z czterech krajów, wspólny schemat

badań i rozwoju oferuje ściśle dostosowane do potrzeb rozwiązania dla przedsiębiorstw z Europy

Centralnej zaangażowanych we wprowadzenie na rynek nowych zastosowań polimerów

biodegradowalnych. W celu uzyskania dalszych informacji na temat współpracy z PLASTiCE

zapraszamy do kontaktu z lokalną instytucją badawczo-rozwojową.

Dane kontaktowe partnerów prowadzących badania. (P)

Włochy i

Austria Uniwersytet Boloński, Wydział Chemiczny „G. Ciamician” (P1)

prof. Mariastella Scandola, kierownik Polymer Science Group

Tel./Fax: +39 0512099577/+39 0512099456

E-mail: mariastella.scandola@unibo.it

Czechy i

Słowacja Instytut Polimerów Słowackiej Akademii Nauk (P2)

prof. Ivan Chodak, samodzielny pracownik naukowo-badawczy

Tel./Fax: +421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923

E-mail: upolchiv@savba.sk

Politechnika Słowacka w Bratysławie (P3)

prof. Dušan Bakoš

Tel./Fax: +421 903 238191, +421 2 59325439, fax +421 2 52495381

E-mail: dusan.bakos@stuba.sk

Słowenia i

kraje

bałkańskie

Narodowy Instytut Chemii (P4) Laboratorium Chemii i Technologii Polimerów

Andrej Kržan, starszy pracownik naukowo-badawczy

Tel./Fax: +386 1 47 60 296

E-mail: andrej.krzan@ki.si

Centrum Doskonalenia Materiałów I Technologii Polimerów (P5)

Urska Kropf, pracownik naukowo-badawczy

Tel./Fax: +386 3 42 58 400

E-mail: urska.kropf@polieko.si

Polska i kraje

bałtyckie Polska Akademia Nauk, Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych (P6)

Prof. Marek Kowalczuk, kierownik Pracowni Materiałów Biodegradowalnych

Tel./Fax: +48 32 271 60 77/+48 32 271 29 69

E-mail: cchpmk@poczta.ck.gliwice.pl

COBRO - Instytut Badawczy Opakowań (P7)

Prof. Hanna Żakowska, kierownik Centrum Badań i Rozwoju Opakowań

Tel./Fax: +48 22 842 20 11 ext. 18

E-mail: ekopack@cobro.org.pl

57

Obszar badań

PLA, PHA,

materiały

wyprodukowane ze

skrobi

Inne materiały

Charakterystyka polimerów dostępnych na rynku:

Skład i struktura molekularna P2, P3, P6 P2, P3, P6

Właściwości ciał stałych P1, P2, P3, P5 P1, P2, P5

Modyfikacja właściwości chemicznych polimerów:

Modyfikacja za pomocą polimerów modyfikujących P2, P5, P6 P2, P5, P6

Polimery funkcjonalne P5, P6 P5, P6

Modyfikacja właściwości fizycznych polimerów:

Modyfikacja za pomocą dodatków P2, P3, P5 P2, P3, P5

Mieszaniny polimerów P2, P3, P5, P6 P2, P3, P5, P6

Kompozyty polimerowe, w tym nanokompozyty P2, P3, P5 P2, P3, P5

Przetwarzanie:

Reologia, parametry procesów P2, P3, P5 P2, P3, P5

Homogenizacja (z zastosowaniem mieszalników

wewnętrznych, wytłaczarek jedno- i dwuślimakowych) P2, P3, P5 P2, P3, P5

Produkcja przemysłowa:

folie P3, P5*, P6 P3, P5*, P6

opakowania twarde P3, P5*, P6 P3, P5*, P6

opakowania giętkie P3, P6 P3, P6

folie do ściółkowania P3, P6 P3, P6

materiały spienione P2 P2

materiały powlekane P5*, P6 P5*, P6

Właściwości zastosowań wyrobów polimerowych:

właściwości starzeniowe tworzyw polimerowych P4, P2, P6, P7 P4, P2, P6, P7

barierowość tworzyw polimerowych (przenikanie gazów) P2, P6, P7 P2, P6, P7

właściwości termiczne i mechaniczne P2, P3, P1, P5, P6, P7 P2, P3, P1, P5, P6, P7

trwałość i okres przechowywania (kontakt z żywnością,

zgodnie z Dyrektywą Unijną EX 2002/72) P7 P7

Badania biodegradacji i kompostowalności (zgodnie z normami EN, ASTM i ISO):

w warunkach laboratoryjnych P3*, P5, P6, P7 P3*, P5, P6, P7

w tlenowych miejskich i przemysłowych P6 P6

Zakres badań i prac rozwojowych

PLASTiCE oferuje usługi w zakresie badań i rozwoju materiałów polimerowych PLA i PHA, materiałów

wyprodukowanych ze skrobi itd., dopasowane do konkretnych potrzeb przemysłu.

Poniższa tabela przedstawia przegląd obszarów specjalizacji partnerów konsorcjum.

Pełne dane partnera przedstawiono w tabeli powyżej, wraz z odpowiadającym mu skrótem w

formacie (P)

*: we współpracy z partnerami

58

Obszary

usług

badawczych

Charakterystyka polimerów obecnych na rynku

Skład i struktura cząsteczkowa

Przybliżony czas

oczekiwania na

wyniki badania

Opis

działalności

badawczej

Ocena właściwości ciała stałego z zastosowaniem spektroskopii podczerwieni

(fourierowski spektrometr podczerwieni, FTIR) 1-2 tygodnie

Oznaczenie rozpuszczalności i określenie zawartości procentowej polimeru w

tworzywie (analiza chemiczna) 1-3 tygodnie

Oznaczenie polimeru w tworzywie za pomocą spektroskopii magnetycznego

rezonansu jądrowego (NMR) 1-3 tygodnie

Oznaczenie ciężaru cząsteczkowego polimeru metodą chromatografii żelowej

(GPC) 1-3 tygodnie

Analiza dodatków z zastosowaniem spektrometru mas LCMS-IT-TOF

(hybrydowego spektrometru mas z opcją pułapki jonowej, z rozdzielnością i

dokładnością mas tandemowej spektrometrii mas) 1-3 tygodnie

Oznaczanie biodegradowalnych kopolimerów PHA z zastosowaniem

tandemowej spektrometrii masowej umożliwiającej sekwencyjną fragmentację

(ESI-MSn) 1-3 tygodnie

Co

otrzymuje

klient

Raport na temat struktury molekularnej badanego tworzywa oraz charakterystyki zastosowanych

dodatków

Obszary

usług

badawczych

Charakterystyka polimerów obecnych na rynku

Właściwości ciał stałych (termalne, mechaniczne, strukturalne, morfologiczne)

Przybliżony czas

oczekiwania na

wyniki badania

Opis

działalności

badawczej

Analiza stabilności cieplnej (temperatury rozkładu) materiałów jedno- i

wieloskładnikowych (analiza termograwimetryczna w zakresach temperatur

od pokojowej do 900°C w atmosferze gazów obojętnych lub powietrzu)

3 dni robocze

(pojedyncza

próbka), 1-2

tygodnie

(do 10 próbek)

Analiza stabilności cieplnej substancji lotnych oraz spektrometria mas (przy

zastosowaniu TGA-MS, w zakresach temperatur od pokojowej do 900°C w

atmosferze gazów obojętnych)

3 dni robocze

(pojedyncza

próbka),1-2

tygodnie (do 10

próbek) Analiza przemiany cieplnej (temperatura zeszklenia, krystalizacji, topnienia, z

oceną temperatury przejścia i przyrostów ciepła właściwego, entalpie

krystalizacji i topnienia, różnicowa kalorymetria skaningowa, w zakresach

temperatur od -100°C do 250°C, chłodzenie ciekłym azotem) – 2 cykle dla

próbki

2-4 tygodnie

zależnie od ilości

próbek

Ocena właściwości mechanicznych w temperaturze pokojowej (współczynnik

sprężystości, naprężenia i odkształcenia do granicy plastyczności i złamania w

próbie rozciągania z analizą wyników dla przynajmniej 8 próbek)

2-5 tygodni

zależnie od ilości

próbek

Ocena relaksacji lepkosprężystych (dynamiczna analiza mechaniczna w trybie

jedno- lub wieloczęstotliwościowym, w zakresach temperatur od -100°C do

250°C) 3-4 weeks

Structural analysis of the crystal phase (by wide angle X-ray powder

diffraction) 2 weeks

Co

otrzymuje

klient Report on the physical properties of the analysed polymers

Międzynarodowy schemat badań i rozwoju w zakresie polimerów

biodegradowalnych

59

Obszary

usług

badawczych

Modyfikacja właściwości polimerów na drodze fizycznej:

Modyfikacja za pomocą dodatków,

Mieszaniny polimerów,

Kompozyty polimerowe, w tym nanokompozyty

Przybliżony czas

oczekiwania na

wyniki badania

Opis

działalności

badawczej

Modyfikacja właściwości określonego polimeru poprzez uzupełnienie o

dodatki o niskiej masie cząsteczkowej, np. plastyfikatory, wypełniacze,

stabilizatory, lub poprzez mieszanie z małymi ilościami innego polimeru w celu

uzyskania pożądanych właściwości

1 miesiąc – 2 lata

(lub dłużej)

Mieszanie dwóch polimerów w pełnych zakresach stężeń, w celu uzyskania

pożądanych właściwości stosuje się modyfikację powierzchni międzyfazowej

i kompatybilizację składników

1 miesiąc – 2 lata

(lub dłużej)

Przygotowanie kompozytów pochodzących z macierzy polimerowej z

dopasowanymi właściwościami otrzymanymi w wyniku modyfikacji

powierzchni międzyfazowej

1 miesiąc – 2 lata

(lub dłużej)

Co otrzymuje

klient Raport na temat alternatyw dla kompatybilizacji różnych biodegradowalnych mieszanin

polimerowych

Obszary

usług

badawczych

Przetwarzanie:

Reologia, parametry procesów

Homogenizacja (z zastosowaniem mikserów, wytłaczarek)

Przybliżony czas

oczekiwania na

wyniki badania

Opis

działalności

badawczej

Wybór najbardziej obiecujących mieszanin biodegradowalnych polimerów dla

danego zastosowania, propozycje zastosowań 1 dzień – 3

miesiące

Określanie parametrów procesów 1-4 tygodnie

Co otrzymuje

klient Raport na temat parametrów procesów wybranych biodegradowalnych polimerów, polecane

metody przetwarzania, w tym niezbędne wyposażenie w sprzęt oraz typowe parametry procesów

Obszary

usług

badawczych

Modyfikacja właściwości polimerów na drodze chemicznej:

Modyfikacja za pomocą dodatków modyfikujących

Polimery funkcjonalne

Przybliżony czas

oczekiwania na

wyniki badania

Opis

działalności

badawczej

Synteza chemicznych środków modyfikujących 1 miesiąc – 2 lata

Oznaczenie właściwości fizycznych materiałów polimerowych 3 dni – 2 tygodnie

Modyfikacja polimerów w celu uzyskania określonych właściwości:

usieciowanie polimerów dla lepszej odporności na rozpuszczalniki 1 miesiąc – 2 lata

Modyfikacja polimerów w celu uzyskania określonych właściwości:

zwiększenie polarności powierzchni dla łatwiejszego nadrukowywania lub

przyczepności, zwiększenie stabilności cieplnej i oksydacyjnej 1 miesiąc – 2 lata

Co otrzymuje

klient Standardowe komercyjne polimery posiadające określone właściwości

Obszary

usług

badawczych

Badania dotyczące przetwarzania przemysłowego: folie, opakowania

sztywne, opakowania giętkie, folie ogrodnicze, materiały spienione, materiały

powlekane

Przybliżony czas

oczekiwania na

wyniki badania

Opis

działalności

badawczej

Produkcja folii w skali laboratoryjnej: badania nad technologią produkcji,

badania nad mieszaniem polimerów, produkcja wzorcowej serii (wytłaczarka

dwuślimakowa [MiniLab II] sprzężona z wtryskarką [MiniJet II] marki HAAKE,

podajnik, ciągłe wytłaczanie małych objętości, mini wtryskarka pozwala na

wyprodukowanie małych ilości wyrobu na potrzeby badań, możliwość

ciągłego zapisywania danych o odkształcaniu)

1-2 tygodnie

Produkcja opakowań giętkich w skali laboratoryjnej 1-2 tygodnie

Wsparcie przy produkcji pilotażowej 1 dzień – 6 tygodni

Kontrola właściwości mechanicznych wyrobu podczas procesu produkcji:

pomiary właściwości mechanicznych za pomocą maszyny wytrzymałościowej

Instron 4204 1-2 tygodnie

Kontrola właściwości molekularnych wyrobu podczas procesu produkcji 1-3 tygodnie

Co otrzymuje

klient Raport na temat stabilności w odniesieniu do składu opakowania

60

*Średni czas wykonania usługi, w tym przygotowanie, badanie, analiza; czas zależy od dostępności laboratorium

Obszary

usług

badawczych

Badanie właściwości zastosowań wyrobów polimerowych wykorzystywanych

do produkcji opakowań: Właściwości starzeniowe tworzyw polimerowych, Barierowość tworzyw polimerowych (przepuszczalność gazów), Właściwości

termiczne i mechaniczne , Trwałość i okres przechowywania (kontakt z żywnością, zgodnie z Dyrektywą Unijną E10/2011)

Przybliżony czas

oczekiwania na

wyniki badania

Opis

działalności

badawczej

Xenotest – metoda służąca do przyśpieszonych badań starzeniowych dla

wyrobów włókienniczych 4 miesiące*

Oznaczanie całkowitego węgla organicznego i zawartości źródeł

odnawialnych w tworzywach polimerowych 1 miesiąc*

Badanie przepuszczalności gazowej (para wodna, tlen, dwutlenek węgla) 2 tygodnie*

Oznaczanie możliwości rozciągania (naprężenia przy zerwaniu, wydłużenie

przy zerwaniu, współczynnik sprężystości itd.) 2 tygodnie*

Oznaczanie odporności na zerwanie 2 tygodnie*

Oznaczanie odporności na zerwanie za pomocą metody swobodnego spadku 2 tygodnie*

Właściwości zgrzewania (maksymalne obciążenie przy przerwaniu, oporność

zgrzewania itd.) 2 tygodnie*

Badanie Hot-tack zgrzewania 2 tygodnie*

Skaningowa kalorymetria różnicowa (DSC) i fourierowska spektrometria

podczerwieni (FTIR) 1 tydzień*

Analiza sensoryczna 1-1,5 miesiąca*

Ogólne i specyficzne badanie migracji z pożywienia substancji o niskiej masie

cząsteczkowej 2 miesiące*

Badanie zawartości monomerów w tworzywach polimerowych i emisji

substancji lotnych 1 miesiąc*

Co otrzymuje

klient Analiza tworzyw biodegradowalnych/ze źródeł odnawialnych i ich właściwości. Raport i analiza

właściwości tworzyw polimerowych do zastosowań związanych z opakowaniami

Obszary

usług

badawczych

Badanie biodegradacji i kompostowalności (zgodnie z normami EN, ASTM i

ISO) w warunkach laboratoryjnych, w tlenowych miejskich i przemysłowych kompostowniach

Przybliżony czas

oczekiwania na wyniki badania

Opis

działalności

badawczej

Badanie dezintegracji i kompostowalności w warunkach laboratoryjnych:

badania wstępne nad biodegradowalnością opakowań z zastosowaniem symulowanych warunków kompostowania w skali laboratoryjnej zgodnie z

normą EN 14806:2010

4 miesiące

Badania degradacji i kompostowalności przeprowadzane w warunkach

laboratoryjnych: badanie degradacji hydrolitycznej w wodzie lub buforze (badanie degradacji polimerów biodegradowalnych w celu ustalenia

zachowania się w środowisku starzejącym)

Od kilku tygodni do

6 miesięcy, w zależności od

rodzaju tworzyw i standardu

Badania degradacji i kompostowalności przeprowadzane w warunkach

laboratoryjnych: degradacja w kompoście z zastosowaniem respirometru Micro-Oxymax S/N 110315 Columbus Instruments w celu pomiaru CO2

zgodnie z normą PN-EN ISO 14855-1:2009 – Oznaczanie całkowitej biodegradacji tlenowej tworzyw sztucznych w kontrolowanych warunkach

kompostowania – Metoda pomiaru wydzielonego dwutlenku węgla – Część 2. Pomiar grawimetryczny dwutlenku węgla wydzielonego podczas badań

laboratoryjnych

Od kilku tygodni do

6 miesięcy, w zależności od

rodzaju tworzyw i standardu

(Badania (bio)degradacji i kompostowalności przeprowadzane w kompostowniach (badanie tworzywa biodegradowalnego w przemysłowych

warunkach kompostowania lub kompostowniach systemu KNEER)

Od kilku tygodni do

6 miesięcy, w zależności od

rodzaju tworzyw i standardu

Certyfikacja wyrobów kompostowalnych związana z oznaczeniem znakiem

„kompostowalny” (we współpracy z DIN CERTO, członek Niemieckiej Organizacji Standaryzacji DIN)

2-4 miesiące

Co otrzymuje

klient Raport dotyczący zachowań nowych tworzyw polimerowych podczas testów dezintegracji i/lub biodegradacji Możliwość uzyskania certyfikatu

61

62

Better plastics produce less waste