Odpad z plastů? Ne! Plasty z odpadů (I.)

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 12. leden 2008

Napsal Stanislav Obruča

Nástup bioplastů je pravděpodobně nezadržitelný. Tyto atraktivní materiály vyráběné z přírodních surovin v mechanických vlastnostech nijak nezaostávají za konvenčními materiály, naopak často je v některých parametrech překonávají. Navíc v jejich prospěch hovoří vysoká biodegradabilita (prostě se, poté co doslouží, přirozeně rozpadnou) a také to, že je možno vyrobit je z obnovitelných zdrojů (nejčastěji nám vstupní suroviny pro výrobu bioplastů vyrostou na poli). Jedinou překážkou, která stále brání opravdu masivnímu nárůstu bioplasty, je jejich vyšší cena.

Vědci se proto snaží najít co nejlevnější způsob jak bioplasty vyrobit. Obrovský potenciál se odkrývá u bioplastů, které spadají do chemické rodiny polyhydroxyalkanoátů (PHA). Tyto zajímavé plasty jsou pravděpodobně starší než lidstvo samo, řada bakterií se je totiž už odpradávna sama vyrábí jako zásobu živin a energie na horší časy. Shodou okolností jsou PHA mechanicky velice podobné polypropylenu (PP) a jiným plastům, se kterými se dnes a denně setkáváme nejčastěji ve formě potravinových obalů. Velký rozdíl je však v tom, že zatímco PP se v přírodě rozkládá desítky možná stovky let (vlastně to nevíme, protože jej ještě tak dlouho nevyrábíme), PHA se za vhodných podmínek rozloží během několika týdnů. Ovšem ekonomika hovoří jasně – cena PHA je stále v porovnání s PP několikanásobně vyšší.
 
   
Strategií jak snížit cenu PHA je několik. Obrovský potenciál skýtají transgenní rostliny. To jsou původně „obyčejné“ rostliny (řepka olejná, switchgrass, brambory, sója atd.), do kterých jsou, pomocí metod genového inženýrství, „propašovány“ původně bakteriální geny zodpovědné právě za produkci PHA. Takto upravená rostlina je pak schopna PHA sama vyrábět a lidé si tak vlastně plast přímo vypěstují na poli. To má řadu výhod. Tradiční fermentační výroba PHA pomocí bakterií je velice pracná, energeticky náročná a proto drahá, přičemž nejvyšší část nákladů (více než 50%) padá na uhlíkatý substrát pro bakterie – na jejich potravu (tou jsou nejčastěji relativně drahé cukry). Tyto náklady samozřejmě u rostlin odpadají. Rostliny potřebují jen zasadit a potom sklidit, uhlík si vezmou ze vzduchu v podobě oxidu uhličitého a proto nepotřebují krmit. Tato technologie tedy může výrazně snížit ceny PHA a to až tak, že materiály budou moci cenou konkurovat fosilním materiálům.

Plast	Cena (US $/kg)
polypropylen (PP)	0,185-0,2
PHA vyrobený fermentačním způsobem	2-4
PHA vyrobený pomocí trangenních rostlin	cca 1

 

Může se tedy zdát, že transgenní rostliny naprosto vytlačí v produkci PHA tradiční fermentační výrobu. Ale není tomu tak. I transgenní rostliny jako  producenti PHA mají několik slabých míst. Tím prvním je, že pokud si na poli budeme pěstovat i plasty, ceny potravin porostou. Ostatně tento efekt můžeme již dnes cítíme na svých peněženkách, zatím však za něj mohou „jen“ biopaliva. Druhou nevýhodou je fakt, že produkce biomateriálů by byla vázána na dobu sklizně, ovšem plasty jsou potřeba pořád. A právě se tady otevírá prostor pro „odepisované“ bakteriální fermentace. Bakteriální výroba není nijak sezóně vázána a pokud použijeme vhodné substráty nepromítne se výroba PHA do ceny potravin.

Substrát	Cena substrátu (US $/kg)	Cena připraveného PHA (US $/kg)
Glukóza	0,493	1,35
Sacharóza	0,295	0,72
Methanol	0,180	0,42
Třtinová melasa	0,220	0,52
Syrovátka	0,071	0,22
Kukuřičný škrob	0,220	0,58
Hemicelulózový hydrolyzát	0,069	0,34

Při použití různých bakteriálních kultur je možné zpracovat řadu substrátů, cena substrátu výrazně ovlivňuje cenu produktu. Pro připomenutí, cena PP - 0,185 US $/kg.[Salehizadeh, Van Loosdrecht, 2004]
   
PHA z potravinových odpadů a glycerolu

Jak již bylo řečeno, nejdražší na fermentační výrobě PHA je uhlíkatý zdroj pro bakterie. Proto se vědci snaží najít co nejlevnější substrát a tím produkci po ekonomické stránce maximálně zefektivnit. A co je levnější než odpad? A vhodných odpadních materiálů můžeme najít celou řadu. Nabízejí se například odpadní produkty některých potravinářských výrob, jako je například cukrovarnická melasa nebo sýrařská syrovátka.

Především syrovátka představuje velice atraktivní substrát. Syrovátka je vedlejším produktem sýrařského průmyslu, obsahuje okolo 4% mléčného cukru – laktózy a také bílkoviny a stopové prvky. Dříve byla považována za cenou potravinu, dnes však spotřebitelé na syrovátku neslyší a stává se z ní odpad. 

Lidé mají často dojem, že odpad musí být nutně jedovatý, aby byl nebezpečný. Ale není tomu tak. Syrovátka jedovatá pochopitelně není. Ale pokud bychom tento „bezpečný“ odpad ze sýrárny vypouštěli přímo do kanálu, začaly by problémy. Rozmnožili by se v něm nebezpečné bakterie a pravděpodobně by netrvalo dlouho a silně zapáchající stoky by se staly místem, odkud by se šířili různé infekce. Hledají se tedy cesty jak syrovátku efektivně využít. Vyrábí se z ní různé nápoje, ale často nejsou příliš populární. Používá se k výrobě laktózy (ostatně proto je laktóza nejlevnějším cukrem vůbec), ale s laktózou je celkově problém, díky laktózové intoleranci se nejedná o příliš populární sacharid. Často se syrovátka bez užitku likviduje v čistírnách odpadních vod a podobných zařízeních.



Proto se přímo nabízí použít ji k výrobě PHA. Celý proces je však zapotřebí optimalizovat. V současné době se řada výzkumných týmu snaží najít nejlepší bakterie, které by dokázaly co nejefektivněji přeměnit syrovátku v PHA, najít optimální podmínky a nejefektivnější pracovní postupy. V Evropské unii proto za tímto účelem vznikl projekt s názvem WHEYPOL, na kterém pracuje řada prestižních výzkumných týmů a universit i soukromých firem. Jde opravdu o hodně, což dokumentují následující čísla. Ročně se v Evropské unii vyprodukuje přibližně 40 miliónů tun syrovátky. Z toho celých 13 miliónů zůstane nevyužito a bez užitku se likviduje. Těchto 13 miliónů tun syrovátky by teoreticky poskytlo 205 000 tun PHA. (Údaje jsou z roku 2002)

Ovšem není tu jen syrovátka. Dalším potenciálním substrátem budoucnosti je glycerol. Proč právě glycerol? Při výrobě bionafty se řepkový olej transesterifikuje a jako vedlejší produkt vzniká právě glycerol. Produkce bionafty, která se stává povinnou součástí nafty a v roce 2012 má její obsah v naftě představovat 5,75 %, výrazně roste. To však znamená také zvýšení produkce vedlejšího produktu – glycerolu. Trh bude glycerolem brzy přesycen a jeho cena půjde rychle dolů, stane se z něj vlastně odpad. Ovšem také glycerol může být využit jako uhlíkatý substrát pro fermentační výrobu PHA. Současně s glycerolem je možné bakteriím „podávat“ také jiné odpadní substráty, jako jsou například hydrolyzáty odpadních jatečních materiálů – kostí a masa. Bakterie tedy mají potenciál za nás vyřešit řadu hygienických a ekonomických problémů a ještě nám vyrábějí užitečný materiál.