پلیمر زیست تخریب پذیر چیست و انواع آن کدامند؟

پلیمرهای زیست تخریب پذیر موادی هستند که در محیط زیست، تحت تأثیر میکروارگانیسم ها (مانند باکتری ها، قارچ ها و جلبک ها) یا فرآیندهای طبیعی (مانند هیدرولیز و اکسیداسیون)، تجزیه شده و به ترکیبات ساده تر و غیرسمی مانند آب، دی اکسید کربن و زیست توده تبدیل می شوند.

این ویژگی آن ها را به جایگزینی پایدار برای پلاستیک های سنتی تبدیل می کند که برای تجزیه شدن به صدها سال زمان نیاز دارند و مشکلات زیست محیطی فراوانی ایجاد می کنند.

پلیمرهای زیست تخریب پذیر می توانند از منابع تجدیدپذیر (مانند نشاسته، سلولز، پروتئین ها و روغن های گیاهی) یا از منابع فسیلی ساخته شوند، با این تفاوت که ساختار شیمیایی آن ها به گونه ای طراحی شده که قابلیت تجزیه زیستی را داشته باشند.

کاربردهای این پلیمرها گسترده است و شامل بسته بندی ها، لوازم پزشکی، کشاورزی، و منسوجات می شود.

ویژگی ها و مزایای پلیمر زیست تخریب پذیر

پلیمرهای زیست تخریب پذیر مزایای قابل توجهی نسبت به پلاستیک های سنتی دارند که آن ها را به گزینه ای جذاب و پایدار تبدیل می کند.

اصلی ترین مزیت آن ها کاهش آلودگی زیست محیطی است؛ با توجه به اینکه این پلیمرها در مدت زمان نسبتا کوتاهی (از چند ماه تا چند سال) در محیط تجزیه می شوند، به کاهش انباشت زباله های پلاستیکی در خشکی، دریاها و اقیانوس ها کمک شایانی می کنند که این خود منجر به حفظ تنوع زیستی و سلامت اکوسیستم ها می شود.

علاوه بر این، بسیاری از پلیمرهای زیست تخریب پذیر از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته، سلولز و روغن های گیاهی تولید می شوند که وابستگی به سوخت های فسیلی را کاهش داده و ردپای کربن را به حداقل می رسانند.

در برخی کاربردهای خاص مانند پزشکی، مزیت زیست سازگاری آن ها برجسته می شود؛ زیرا می توانند بدون ایجاد واکنش های نامطلوب در بدن، وظیفه خود را انجام داده و سپس به طور طبیعی جذب شوند.

همچنین، در مواردی که بازیافت پلاستیک های سنتی دشوار یا ناممکن است (مانند بسته بندی های آلوده به مواد غذایی)، استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر می تواند راه حل موثری باشد زیرا به جای بازیافت، از طریق کمپوست سازی یا تجزیه طبیعی دفع می شوند.

 

کاربردهای پلیمر زیست تخریب پذیر

پلیمرهای زیست تخریب پذیر به دلیل قابلیت تجزیه طبیعی در محیط زیست، کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف پیدا کرده اند.

یکی از مهم ترین کاربردها در صنعت بسته بندی است، جایی که از آن ها برای تولید کیسه های خرید، ظروف یکبار مصرف، فیلم های بسته بندی مواد غذایی و نوشیدنی ها استفاده می شود تا به کاهش آلودگی پلاستیکی کمک کنند.

در حوزه پزشکی و داروسازی، این پلیمرها برای ساخت ایمپلنت های قابل جذب (مانند بخیه های جراحی که نیازی به خارج کردن ندارند)، سیستم های دارورسانی کنترل شده و مواد پانسمان به کار می روند، زیرا پس از انجام وظیفه، به طور طبیعی در بدن تجزیه و جذب می شوند و نیاز به جراحی های ثانویه را از بین می برند.

همچنین در کشاورزی، از پلیمرهای زیست تخریب پذیر برای تولید مالچ های زیستی، پوشش های محافظ بذر، و سیستم های رهاسازی کود یا آفت کش ها استفاده می شود که به بهبود بهره وری و کاهش اثرات زیست محیطی کمک می کنند.

علاوه بر این، در تولید منسوجات، اسباب بازی ها، و حتی برخی قطعات الکترونیکی نیز پتانسیل بالایی دارند و روز به روز کاربردهای جدیدی برای آن ها کشف می شود تا جایگزینی پایدار برای مواد غیرقابل تجزیه باشند.

انواع پلیمر زیست تخریب پذیر

پلیمرهای زیست تخریب پذیر را می توان بر اساس منشأ تولید به دسته های اصلی تقسیم کرد:

پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی که مستقیما از منابع طبیعی مانند گیاهان، حیوانات یا میکروارگانیسم ها استخراج می شوند. مثال هایی از این دسته شامل نشاسته (که در تولید ظروف یکبار مصرف و فیلم های بسته بندی استفاده می شود)، سلولز (مانند کاغذ و پنبه که از دیواره سلولی گیاهان به دست می آید)، پروتئین ها (مانند ژلاتین و کلاژن که در پزشکی کاربرد دارند) و پلی هیدروکسی آلکانوات ها که توسط باکتری ها تولید می شوند، هستند.

دسته دوم پلیمرهای زیست تخریب پذیر مصنوعی هستند که از مونومرهای سنتزی (که ممکن است از منابع فسیلی یا تجدیدپذیر مشتق شده باشند) ساخته می شوند، اما با طراحی شیمیایی خاص، قابلیت تجزیه زیستی را پیدا می کنند. نمونه های معروف این دسته شامل پلی لاکتیک اسید (PLA) که از ذرت یا نیشکر تولید می شود و کاربرد وسیعی در بسته بندی، پزشکی و چاپ سه بعدی دارد، پلی کاپرولاکتون که در کاربردهای پزشکی و بسته بندی کاربرد دارد و پلی وینیل الکل که حلال در آب است و در بسته بندی های شوینده ها استفاده می شود.

این تنوع در انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر، امکان انتخاب ماده مناسب برای کاربردهای مختلف را فراهم می آورد و به توسعه راه حل های پایدار کمک می کند.

تفاوت پلیمر زیست تخریب پذیر و پلیمر سنتی

 

تفاوت اصلی و اساسی بین پلیمرهای زیست تخریب پذیر و پلاستیک های سنتی در نحوه تجزیه آن ها در محیط زیست است.

پلاستیک های سنتی که عموما از منابع فسیلی (مانند نفت خام) تولید می شوند، دارای ساختار شیمیایی بسیار پایداری هستند و به همین دلیل برای تجزیه شدن به صدها تا هزاران سال زمان نیاز دارند. این فرآیند تجزیه ناقص است و منجر به تولید میکروپلاستیک ها می شود که آلودگی گسترده ای را در خاک، آب و هوا ایجاد کرده و سلامت انسان و حیوان را به خطر می اندازند.

در مقابل، پلیمرهای زیست تخریب پذیر به گونه ای طراحی شده اند که تحت تأثیر عوامل طبیعی مانند میکروارگانیسم ها (باکتری ها و قارچ ها)، نور خورشید و رطوبت، در مدت زمان نسبتا کوتاهی (از چند ماه تا چند سال) به ترکیبات ساده و بی ضرر مانند آب، دی اکسید کربن و زیست توده تبدیل می شوند.

این تجزیه کامل است و هیچ گونه پسماند سمی از خود باقی نمی گذارد. علاوه بر این، بسیاری از پلیمرهای زیست تخریب پذیر از منابع تجدیدپذیر (مانند نشاسته، سلولز و روغن های گیاهی) به دست می آیند که این خود به کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و کاهش ردپای کربن کمک می کند.

در حالی که پلاستیک های سنتی ارزان تر و در مقیاس وسیع تولید می شوند، پلیمرهای زیست تخریب پذیر معمولا گران تر هستند اما راه حلی پایدارتر برای معضل آلودگی پلاستیکی ارائه می دهند.

هزینه تولید پلیمر زیست تخریب پذیر

 

هزینه تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر در حال حاضر بالاتر از پلاستیک های سنتی (پتروشیمیایی) است، که این موضوع یکی از چالش های اصلی برای گسترش استفاده از آن ها محسوب می شود.

دلایل این تفاوت قیمت چندگانه است. اولا، مواد اولیه برخی از این پلیمرها، به ویژه آن هایی که از منابع زیستی و تجدیدپذیر مانند ذرت، نیشکر یا سیب زمینی به دست می آیند، می توانند گران تر از نفت خام باشند.

ثانیا، فرآیندهای تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر، خصوصا در مراحل اولیه توسعه و تولید در مقیاس صنعتی، ممکن است پیچیده تر و نیازمند فناوری های پیشرفته تر باشند که این خود هزینه های عملیاتی را افزایش می دهد.

همچنین، حجم تولید پایین تر در مقایسه با پلاستیک های سنتی که در مقیاس بسیار بزرگ تولید می شوند، باعث عدم صرفه به مقیاس و در نتیجه قیمت تمام شده بالاتر می شود.

با این حال، با پیشرفت تکنولوژی، افزایش تقاضا و سرمایه گذاری بیشتر در تحقیق و توسعه، انتظار می رود که هزینه تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر در آینده کاهش یابد و آن ها از نظر اقتصادی رقابتی تر شوند.

در برخی کشورها مانند ایران، به دلیل وجود مواد اولیه ارزان کشاورزی، پتانسیل تولید این پلیمرها با هزینه پایین تر وجود دارد که می تواند به کاهش واردات و صرفه جویی ارزی کمک کند.