MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2013 IVETA KARHÁNKOVÁ

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Biodegradabilní obalové materiály Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce: Mgr. Ing. Magdalena Vaverková, Ph.D. Vypracovala: Iveta Karhánková Brno 2013

3 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Autorka práce: Iveta Karhánková Studijní program: Zemědělské inženýrství Obor: Agrobyznys Název tématu: Biodegradabilní obalové materiály Rozsah práce: 30 stran + přílohy Zásady pro vypracování: 1. Obecná charakteristika obalových matriálů. 2. Popis jednotlivých druhů biodegradabilních materiálů. 3. Možnosti využití biodegradabilních materiálů. 4. Ekonomické a marketingové zhodnocení obalových materiálů. 5. Popis způsobů odstranění obalových materiálů, včetně biodegradabilních obalů. Seznam odborné literatury: 1. ČSN EN Obaly - Požadavky na obaly využitelné ke kompostování a biodegradaci - Zkušební schémata a kritéria hodnocení pro konečné přijetí obalu. Praha: Český normalizační institut, s. 2. HAN, J. H. Innovations in food packaging. San Diego, Calif.: Elsevier Academic, s. ISBN DOBIÁŠ, J., SMEJKALOVÁ, A. Obaly a obalová technika. Praha: ES ČSU, ISBN X. 4. GUTHOVÁ, Z. a kol. Výchova ekologického spotřebitele. 2. vyd. České Budějovice: Rosa, s. 5. STAŇKA, R. Analýza nakládání s obalovým odpadem v obcích ČR. Bakalářská práce. Brno: MZLU v Brně, KABELKA, J. Energetické využití vybraných biodegradabilních materiálů. Bakalářská práce. Brno: MZLU v Brně, s. 7. POKLUDA, R. Využití biodegradovatelných pěstebních nádob v moderním zahradnictví. Informace pro zahradnictví č. 2, s ISSN PRESOVÁ, R., TVRDOŇ, O., ŽIVĚLOVÁ, A. Marketing recyklovaných výrobků. In ŽUFAN, P. Firma a konkurenční prostředí část. 1. vyd. Brno: MSD, s. r. o., 2009, s ISBN

4 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Biodegradabilní obalové materiály vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům, jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF Mendelovy univerzity v Brně. Brno, dne Podpis studenta......

5 PODĚKOVÁNÍ Na tomto místě bych chtěla poděkovat vedoucí mé bakalářské práce Mgr. Ing. Magdaleně Vaverkové, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a všestrannou pomoc při vypracování této práce. V neposlední řadě, bych chtěla poděkovat svým rodičům a přátelům za důvěru a podporu při studiu.

6 ANOTACE Tato práce pojednává o biodegradabilních obalových materiálech. Jedná se o přiblížení této problematiky, shrnutí a ucelení tohoto tématu. Najedeme zde rozlišení klasických a biologicky rozložitelných obalů, z čeho se skládají a pro přiblížení, jak vypadají, jsou zde v práci začleněny fotky. KLÍČOVÁ SLOVA Obalové materiály, biodegradabilní materiály, aplikace biodegradabilních materiálů, trh s bioplasty, ekonomika bioplastů. ANNOTATION This work deals with biodegradable packaging materials. This is the approach of this issue, the summary and the completion of this topic. Hover here resolution of classical and biodegradable packaging and what they are made and for an approach as they look, are incorporated in the work photos. KEY WORDS Packaging materials, biodegradable materials, application of biodegradable materials, market for bioplastics, economy bioplastics.

7 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LITERÁRNÍ PŘEHLED Obecná charakteristika obalových materiálů Co je to obal? Druhy obalových materiálů MATERIÁL A METODIKA Charakteristika bioplastů Rozdíly mezi bioplasty Využití bioplastů Důvody používání bioplastů namísto klasických plastů Popis jednotlivých druhů biodegradabilních materiálů Rozdělení biomateriálů Zastoupení biomateriálů na trhu Přirozené biodegradabilní polymery Polypeptidy přírodního původu Další přirozené polymery Biodegradabilní polymery z petrochemických zdrojů VÝSLEDKY A DISKUSE Možnosti využití biodegradabilních materiálů Komerční využití obalů z obnovitelných zdrojů Vlastnosti výrobků z bioplastů Odvětví využívající kompostovatelné polymerní materiály Aplikace biodegradabilních materiálů Konkrétní příklad vyrobeného materiálu Ekonomické a marketingové zhodnocení obalových materiálů Ekonomická funkce obalů Funkce bioplastů z pohledu trhu Bioplasty a politické postavení Výhody a nevýhody využití bioplastů Perspektivy obalových materiálů z obnovitelných zdrojů Rozšíření obalů z biodegradabilních materiálů na trh Příklady uvedení bioplastů na trh Popis způsobů odstranění obalů, včetně biodegradabilních obalů Rozložitelnost obalů z biomateriálů Hodnocení kompostovatelných plastů Označení biomateriálů ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM SCHÉMAT SEZNAM ZKRATEK PŘÍLOHY

8 1 ÚVOD Lidstvo využívá obalové materiály v různých podobách již po staletí. Zpočátku se používaly obaly ze dřeva (vědra) a tkanin (pytle), ale jak se postupně naše společnost vyvíjela, začaly vznikat nové a nové možnosti pro zpracování dalších materiálů (skla a kovů). Díky zlepšujícím technologiím se vyvíjely nové materiály (plasty, lepidla atd.), až do dnešní podoby, jak je známe dnes. V poslední době na světě významně roste produkce a používání umělých hmot. Dynamický nárůst produkce umělých hmot je úzce svázán s jejich každodenním používáním a s jejich širokou škálou využití. Důvodem jejich masivního využívání je jejich odolnost proti vlivům prostředí, nízké pořizovací náklady a snadná manipulace. Ale nárůst produkce syntetických hmot způsobuje zároveň nárůst produkce odpadů z nich vznikajících, přičemž většina syntetických polymerů je v běžných podmínkách životního prostředí nerozložitelná. [1] Zájem o využití obnovitelných zdrojů pro výrobu obalových materiálů se začal stupňovat koncem 90. let minulého století. Díky tomu, že materiály z obnovitelných zdrojů se rozkládají na složky, které se nacházející v přírodě, a tak se přirozeně recyklují. [2] Vlastnosti bioplastů jsou obdobné jako u stávajících plastů. Často musí být nalezen kompromis mezi vlastnostmi obnovitelných surovin a zpracovatelskými vlastnostmi. Požadovaných vlastností se dosahuje použitím různých přídavných látek. Podíl fosilních přídavných látek může činit až 50%. Využití bioplastů je široké, od obalů pro potraviny přes farmaceutický a medicínský průmysl až po autodíly, mobilní telefony, oblečení a obuv. [3] Zajímavostí je, že spotřebitel velice kladně reaguje na pojem, který představují biodegradabilní plasty. Nepoučený spotřebitel ale již dále nerozlišuje mezi taškou z bioplastů z biodegradabilního či oxodegradabilního polymeru, mezi kterými je rozdíl, jak z hlediska výroby, tak z hlediska odstranění. Zatímco oxodegradabilní plasty se rozkládají vlivem působení kyslíku, tepla a slunečního záření, biodegradabilní plasty se rozkládají vlivem působení mikroorganismů a bakterií, tedy zpravidla řízeným kompostováním. Bioplasty vznikají obvykle na bázi rostlinných produktů (nejčastěji z kukuřice), v případě oxoplastů se jedná o klasické plasty s aditivem (přidatné látky), které urychlují rozklad. [4] 8

9 Pojem bio je v dnešní době využíván stále častěji a nejenom u potravin. Obaly z bioplastů jsou propagovány stále více. Známé značky jako Danone či Coca-Cola již uvedly na trh jogurtové kelímky a nápojové lahve z bioplastů. Také v obchodních řetězcích se stále více používají nákupní tašky vyrobené zcela nebo aspoň z části z bioplastů. [3] Dále když spotřebitel vidí na obalech na fráze typu např.: 100% recyklovatelné, 100% přírodní, ekologicky šetrné, citlivé k životnímu prostředí apod. je ochoten do tohoto výrobku investovat. Pozitivní vnímání životního prostředí se, ale začíná stávat i zneužitelnou praktikou. Ve spojitosti s mediální propagací se i texty na obalech stále zneužívají. Dnes se proto stále častěji začíná hovořit o greenwashingu. Greenwashing lze vymezit jako klamavou reklamu šířenou organizacemi za účelem prezentovat se jako environmentálně zodpovědné. [4] I přes všechen pokrok zůstávají bioplasty okrajovou záležitostí. V současné době je malá výrobní kapacita a výroba je tím drahá. Výrobní cena bioplastů je zatím dvakrát až čtyřikrát vyšší oproti klasickým plastům. Za nejpřitažlivější trh je, z důvodu povědomí o životním prostředí a finančních možnostech obyvatel, sice považována Evropa, ale množství produkčních zařízení roste nejvíce v Asii a v Jižní Americe. [3] 2 CÍL PRÁCE Cílem této bakalářské práce je obecná charakteristika obalových materiálů. Dále popis jednotlivých druhů biodegradabilních materiálů. Uvedení dostupnosti a možnosti využití biodegradabilních materiálů. Jejich ekonomické a marketingové zhodnocení, včetně obalových materiálů a popis způsobů odstranění obalových materiálů, hlavně biodegradabilních obalů. První část práce obsahuje informace o klasických obalových materiálech. Druhá část se zabývá bioplasty, ekonomikou bioplastů a možností jejich odstranění. 9

10 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Obecná charakteristika obalových materiálů Obaly jako prostředky na balení výrobků vyplňují prostor mezi výrobou a spotřebou produktu. Balení poskytuje produktu ochranu proti poškození, proti ztrátě užitné hodnoty a proti působení vnějších či vnitřních vlivů okolního prostředí. Vytváří z baleného produktu užitečné jednotky na přepravu, skladování a manipulaci. [5] Co je to obal? Dle zákona o obalech je obal charakterizován jako výrobek zhotovený z materiálu jakékoli povahy a určený k pojmutí, ochraně, manipulaci, dodávce, popřípadě prezentaci výrobku nebo výrobků určených spotřebiteli nebo jinému konečnému uživateli. [6] Druhy obalových materiálů Dřevo Dřevo patří mezi obnovitelné zdroje energie (biomasu). Jde o běžný přírodní materiál, který je složený z celulózy (40-50%), ligninu (20-30%), hemicelulózy (20-30%), pryskyřic a dalších organických a anorganických látek. Další složkou je voda. Dřevo se využívá při výrobě nástrojů, papíru a obalů a dalších produktů. [7] Více popsáno ve schématu č. 1. Ukázka produktů na obrázcích č. 1, 2 a 3. V současné době se se vzrůstajícím rozvojem vědy množství konstrukčních materiálů na bázi dřeva zvyšuje. Nově vznikající materiály mají specifičtější vlastnosti odpovídající jejich různým způsobům využití. [8] přepravky primární sudy palety DŘEVO papír fólie pytle sáčky lepenka krabice bedny Schéma 1 Rozdělení dřevěných obalů 10

11 Obrázek 1 Paleta a bedna Obrázek 2 Tašky Obrázek 3 Krabice Tkaniny Jsou to textilní produkty vzniklé pravoúhlým provazováním (křížením) osnovních a útkových nití, jehož výsledkem je plátno. Tkaniny se člení dle použitého materiálu, metody výroby, barevného vzorování, vazby a účelu. Rozdělení viz schéma č. 2. Používají se hlavně k výrobě oděvů, jako bytové textilie a k technickým účelům, např. pro filtry, dopravní pásy, obalová technika - pytle. Ukázka produktů na obrázcích č. 4, 5, a 6. Výroba tkanin patří k nejstarším odvětvím lidské činnosti. [9] pytle ROSTLINY tkaniny žoky síťky Schéma 2 Rozdělení rostlinných obalů Obrázek 4 Výrobky z tkanin Obrázek 5 Pytel Obrázek 6 Žok Kovy Kovy jsou jedním z nejvýznamnějších obalových materiálů pro spotřebitelské a přepravní prostředky. Jejich rozdělení je uvádí schéma č. 3. Využitelné vlastnosti kovů jsou neprodyšnost, pevnost, tvárnost, tepelná a elektrická vodivost. Nevýhodou jejich používání je koroze. [5] Ukázka produktů na obrázcích č. 7, 8 a 9. 11

12 ocel plechovky hliník kontejnery KOVY olovo cín chrom zinek tuby kovové fólie sudy konve Schéma 3 Rozdělení kovových obalů Obrázek 7 Plechové výrobky Obrázek 8 Plechovky Obrázek 9 Kontejner Sklo Sklo je inertní, biologicky a chemicky neaktivní materiál, použitelný při výrobě jídel a pro balení potravin. Sklo je dobře omyvatelné a hygienicky ošetřitelné. Je pevné, i přesto že je křehké a těžké. Sklo je možno recyklovat a recykluje dle barev. Dává se do zelených (barevné) a bílých (čiré) kontejnerů, bez kovových víček a etiket. Mezi sklo nepatří porcelán, varné sklo, monitory, zrcadla, automobilová skla, zářivky a lahvičky od léků. [10] Schéma č. 4 ukazuje rozdělení obalů ze skla. Ukázka produktů na obrázcích č. 10 a 11. keramika nádoby SKLO konzervové sklenice tavené zásobní lahve nápojové lahve Schéma 4 Rozdělení obalů ze skla 12

13 Obrázek 10 Skleněné výrobky Obrázek 11 Sklenice Plasty Plasty jsou nejpoužívanější obalové materiály. Mohou být organického nebo syntetického původu či být tvořeny směsmi těchto látek s vhodnými doplňky. Plasty vznikají chemickou přeměnou přírodních látek nebo synteticky ze surovin jako jsou uhlí, ropa a zemní plyn. Schéma č. 5 ukazuje rozdělení klasických plastů. Pro své specifické vlastnosti (malou hmotnost, chemickou netečnost, snadné zpracování) jsou plastické hmoty využívány v různých oborech lidské činnosti, především jako obalová technika nejrůznějších produktů. [11] Ukázka produktů na obrázcích č. 12,13 a 14. Plasty v porovnání s ostatními materiály dovolují zavádět vysoce produktivní technologie a umožňují docílit značného stupně využití materiálu. Výrobní náklady na zpracování plastů tvoří asi 15 až 40% nákladů na zpracování kovů. [12] nádoby přepravky sáčky polyethylen (PE) fólie polypropylen (PP) přepravky fólie víka kelímky polystyren (PS) fólie PLASTY polyvinylchlorid (PVC) lahve fólie pěnový pečící fólie polyamidy (PA) umělá střeva polyuretany (PU) pěnový varné šáčky misky polyestery fólie lahve lamináty fólie Schéma 5 Rozdělení plastových obalů 13

14 Obrázek 12 Plastové výrobky Obrázek 13 Přepravky Obrázek 14 Potravinový box Poživatelné obaly Pod pojmem poživatelné obaly zahrnujeme obaly výrobků, které je možné přímo bez úpravy konzumovat. Dále ty, které se odstraňují přípravou (ohřátím se rozpustí), a ty které je třeba před jídlem odstranit. [5] Další rozdělení poživatelných lepidel ukazuje schéma č. 6. Přírodní obaly se používají především v potravinářském průmyslu na balení uzenářských produktů a ve farmaceutickém průmyslu na balení léků a potravinových doplňků. Pro masnou výrobu se používají střeva, měchýře, žaludky, tlustá střeva a konečnice z ovcí, vepřů a skotu. Hlavní podíl těchto čistě přírodních obalů zastupují tenká střeva, která se používají pro výrobu párkových výrobků. Ukázka obalů a produktů, při kterých se využívají poživatelné obaly na obrázcích č. 15 a 16. Dnes tvoří tyto čistě přírodní materiály jen určitou část trhu s obaly potravin, neboť jsou drahé a špatně dostupné z hlediska legislativy a hygieny, proto dochází k jejich nahrazování umělými obaly. Jestliže se také podíváme na množství materiálu, který je možný k tomuto účelu vytěžit z daného jatečného zvířete, zjistíme, že nestačíme pokrývat současný objem masné výroby. [13] Moderní umělé obaly si uchovávají výhody obalů přírodních (poživatelnost, jemnost a zauditelnost) a opačně jejich nevýhody eliminují nebo zcela odstraňují (malou pevnost, nestálost tvaru, propustnost atd.). Základní surovinou pro výrobu umělých obalů je celulóza, která je získávána z dřevin stromů. Její přeměnou na obalový materiál neztrácí nic na své recyklovatelnosti. Použitý obal se po vyhození do domovního odpadu nebo kompostu rozkládá na oxid uhličitý a vodu. [13] 14

15 U balení léků a potravinových doplňků se v dnešní době používají želatinové tobolky představující moderní a účinný druh obalu pro farmaceutické nebo potravinářské účely. Jedná se o bezodpadový materiál blízký lidskému tělu. Aplikace tohoto obalu umožňuje snadné dávkování a dosažení požadovaných účinků. Kapsle jsou vhodné k balení jak sypkého, tak tekutého (olejnatého) poživatelného obsahu, např.: doplňků stravy, výživových doplňků, vitaminových a lékových forem. [14] fólie amylosa povlaky sacharidy celulosa párková střeva pektin povlaky přírodní bílkoviny želatina kapsle POŽIVATELNÉ lipoidní látky vosky syntetické polyvinylalkohol Schéma 6 Rozdělení poživatelných obalů Obrázek 15 Obal na léky - kapsle Obrázek 16 Obal masných výrobků Lepidla Lepidla zastupují důležitý pomocný obalový prostředek, který se podílí na rozvoji obalové techniky. Využívá se při kašírování (slepování dvou a více vrstev), dále při výrobě obalů z papíru (sáčky, pytle, lepenkové bedny) a při uzavírání naplněných obalů a při etiketování. Schéma č. 7 ukazuje rozdělení lepidel. Ukázka produktů se nachází na obrázcích č. 17 a 18. Třídění lepidel vychází z chemického složení, kdy se rozeznávají lepidla z přírodních surovin (rostlinná a živočišná) a lepidla syntetická. [5] 15

16 škrobová arabská guma přírodní rostlinná gutaperča klih kaučuk LEPIDLA živočišná želatina syntetické polyvinylalkohol kaseinová deriváty celulosy Schéma 7 Rozdělení obalů z lepidel Obrázek 17 Klovatina (arabská guma) Obrázek 18 Klihové lepidlo 16

17 4 MATERIÁL A METODIKA 4.1 Charakteristika bioplastů V dnešní době jsou pro výrobu většiny obalů využívány plastické hmoty, které mají specifické vlastnosti a určité technologické parametry a jsou vyrobeny z klasických hmot. Zápornou vlastností těchto hmot vyrobených z fosilních zdrojů je jejich dlouhá doba rozkladu. Z tohoto důvodu jsou mnohdy pro obalové materiály používány plasty, které se rozkládají rychleji díky aditivům (přídatné látky) nebo speciálnímu složení např. oxodegradabilní a na stavbě. Díky rychlejší době rozkladu je můžeme vymezit souhrnným názvem plasty se zkrácenou životností, kdy 60% veškerých organických součástí těchto plastů se rozloží v průběhu šesti měsíců. [15] Rozdíly mezi bioplasty K bioplastů patří tolik rozdílných materiálů. Obsáhlá skupina bioplastů zahrnuje materiály od přírodních z celulózy, škrobu atd. až po syntetické, kde jeden či více částí je vyráběno z biomasy (např. z kukuřice). Shodně se nazývají plasty s původem z biomasy a plasty, jejichž konečnou funkcí je biologická rozložitelnost. Zároveň existují biologicky neodbouratelné plasty z biomasy a biologicky odbouratelné plasty fosilního původu. [16] Bioplasty zahrnují celou škálu materiálů, které jsou na biobázi, a hlavně mohou být biologicky rozložitelné. Na biobázi znamená, že materiál nebo produkt pochází z biomasy (rostliny). Biomasa využívaná pro bioplasty je např. z kukuřice, cukrové třtiny nebo buničiny. [17] Kompostovatelné plasty náleží taktéž do skupiny biodegradabilních plastů. Jejich materiálové vlastnosti musí splňovat podmínky biodegradability podle ČSN EN Díky splnění požadavků uvedené normy jsou využitelné ke kompostování. [18] Je důležité zmínit, že vlastnost biodegradace nezávisí na zdroji základního materiálu, ale je spojena s jeho chemickou strukturou. [19] Využití bioplastů Bioplasty již hrají důležitou roli v oblasti obalové techniky, zemědělství, gastronomie, spotřební elektroniky a automobilového průmyslu. Bioplastické materiály již dlouho používáme k výrobě mulčovacích fólií, příborů, tácků, kelímků, balení 17

18 a pytle na odpad. Nicméně, jak se technologie vyvíjí, jsou stále nové a nové aplikace, jako jsou klávesnice, kryty mobilních telefonů nebo některých komponentů do automobilů, které jsou vyráběny ve větších množstvích. [17] Důvody používání bioplastů namísto klasických plastů Jsou dvě hlavní výhody bioplastových výrobků ve srovnání s jejich konvenčními verzemi. A to, že šetří fosilní zdroje a snižují emise skleníkových plynů. [17] 4.2 Popis jednotlivých druhů biodegradabilních materiálů Správné rozdělení biomateriálů je sporné, neboť je to nová dimenze v obalovém průmyslu. Proto schéma č. 8 slouží k lepší orientaci v této problematice. Schéma 8 Rozdělení materiálů a jejich příklady Rozdělení biomateriálů Biologicky rozložitelné polymery z obnovitelných zdrojů Jsou to např.: kyselina polymléčná (PLA), polyhydroxyalkanoáty (PHA), termoplastické škroby (TPS), celulóza, chitosan, proteiny. [20] Biologicky rozložitelné polymery z neobnovitelných ropných zdrojů Jsou to např.: polykaprolaktony (PCL), polyesteramidy (PEA), polyuretany, polyvinylalkoholy (PVA). [20] 18

19 4.2.2 Zastoupení biomateriálů na trhu Schéma č. 9 znázorňuje zastoupení biomateriálů ve světě, z něhož můžeme vyčíst, že největší podíl na výrobě májí obaly ze škrobu a jeho směsí. Schéma 9 Druhy materiálů na trhu Přirozené biodegradabilní polymery Biopolymery jsou polymery vytvořené v přírodě během růstu organismů, proto jsou také označovány jako přírodní polymery. [21] ŠKROB (termoplastické škroby - TPS) Škrob je polymerní polysacharid, který se vyskytuje přirozeně v rostlinách. Je složený z amylózy a amylopektinu, tvořený několika tisíci molekulami glukózy. [21] Škrob je konečný produkt fotosyntézy. Přírodní škroby obsahují 15-30% amylózy a 85-70% amylopektinu. [20] Škrob je termoplastický materiál, biologicky odbouratelný. Díky relativně nízkým nákladům na výrobu, je škrob atraktivní alternativou k polymerům vyrobených z petrochemických zdrojů. Mezi používané plodiny pro získávání škrobu patří kukuřice, pšenice, brambory, tapioka a rýže. [22] Prodejní cena Aktuální průměrná cena za modifikovaných škrob se pohybuje od 1,50-3,00 za kg. [22] 19

20 Struktura nákladů Náklady na výrobu škrobu v Evropě jsou dvakrát vyšší než v USA. Hlavní nákladovou složkou je spíše modifikace škrobu. [22] Aplikace Téměř 75% získaného škrobu je používáno v obalové technice. [22] Hlavní použití je na filmy (pro zemědělství, např. mulčovací fólie), nákupní tašky, pytle na odpadky na obrázku č. 19, dále tvárné výrobky (hrnce, příbory, fast food balení, brčka), podnosy a plniva do pneumatik. [20] Fólie ze škrobu mají nízkou propustnost a jsou tak atraktivní materiály pro balení potravin. Mulčovací fólie jsou užitečné v zemědělství, neboť degradují na neškodné produkty, pokud jsou umístěny v kontaktu s půdními mikroorganismy. [21] Obrázek 19 Biologicky odbouratelné pytle na bázi škrobu CELULÓZA Polysacharid celulóza byl poprvé izolován asi před 150 lety. Ve všech formách je celulóza velmi vysoce krystalická, je nestravitelná a nerozpustná ve vodě. Pro svou nerozpustnost je celulóza obvykle převedena do derivátů tak, aby byla zpracovatelná. [21] Celulóza je jednou z hlavních složek buněčné stěny všech důležitých rostlin a jako taková představuje hlavní část všech složek chemických buněk. Celulózové polymery jsou vyráběny chemickou modifikací přírodních celulóz. Hlavními zástupci jsou celofán (použitý pro fólie), acetát celulózy, ester derivátů (pro lití, lisování a filmy). Bavlněná vlákna a dřevo jsou primární suroviny pro výrobu průmyslově používané celulózy. [22] Celulózové dřeně lze získat z mnoha zemědělských plodin, např.: cukrová třtina, čirok, kukuřičné stonky a stébla žita, pšenice, ovsa a rýže. [20] 20

21 Prodejní cena S ohledem na složité požadavky na zpracování celulózy, se pohybuje tržní cena v rozmezí od 3,00-4,00 za kg, tím je podstatně vyšší než u obalů na petrochemické bázi, obvykle používajících se jako jejich náhražky. [22] Struktura nákladů Vysoké provozní náklady a odpadní produkty mají za následek špatnou konkurenceschopnost k petrochemickým ekvivalentům. [22] Aplikace Vhodné využití nachází celulóza ve farmacii, v zemědělství, v kosmetice a v potravinářském průmyslu. Ukázka produktů na obrázcích č. 20 a 21. Jako např. tenké povlaky, kontejnery, rukojeti, hračky, psací potřeby, elektrické izolační fólie, světla a pouzdra. [20] Obrázek 20 Obal z celulózy Obrázek 21 Obal z acetátu celulózy CHITIN A CHITOSAN Chitin je makromolekula nacházející se ve skořápkách krabů, humrů, krevet a hmyzu. Chitinová vlákna se používají pro výrobu umělé kůže a vstřebatelných stehů. Chitin je nerozpustný ve své přirozené formě, ale chitosan je rozpustný ve vodě. Tyto materiály jsou biokompatibilní, mají antimikrobiální účinky a schopnost absorbovat ionty těžkých kovů. [21] Chitin a chitosan jsou příklady základních polysacharidů. Chitin je vysoce hydrofobní a je nerozpustný ve vodě a ve většině organických rozpouštědel. Zpracovatelský průmysl využívá pro komerční produkci odpady z mořských plodů. [20] 21

22 Aplikace Chitosan má potenciální využití v mnoha oblastech, jako je biomedicína, čištění odpadních vod, funkční membrány. Díky jeho vynikajícím biologickým vlastnostem je biodegradovatelný v lidském těle, má biokompatibilní, imunologické a antibakteriální účinky, je vhodný pro hojení ran. [20] Využívá se ve formě obvazů, při podávání léků, a dalších viz obrázek č. 22. Chitosan našel potenciální aplikaci i jako podpůrný materiál pro tkáňové inženýrství. [20] Obrázek 22 Využití chitosanu Polypeptidy přírodního původu Bílkoviny využívající se jako biomateriály, jsou z velké části nerozpustné, proto jsou použity ve formě, ve které se nalézají v přírodě. [21] Proteiny pochází buď z rostlinného zdroje (např. lepek, sója, hrách a brambory) nebo z živočišného zdroje (např. kolagen (želatina), kasein, hedvábí, keratin, syrovátka). [20] ŽELATINA Želatina je ve vodě rozpustný, biologicky rozložitelný polymer s rozsáhlou škálou využití v průmyslu, ve farmacii a v biomedicíně. Používá se na povlaky a mikrokapsule pro různé léky a pro přípravu biologicky rozložitelných hydrogelů (flexibilní želatina, ve formě filmu je podobná umělé kůži, která může držet otevřené rány a chrání je před ztrátou tekutin a infekcí). [21] 22

23 4.2.5 Další přirozené polymery KYSELINA POLYMLÉČNÁ (PLA) PLA je alifatický polyester vyrobený z obnovitelných zdrojů. PLA má vynikající fyzikální a mechanické vlastnosti, tím pádem je dobrým kandidátem pro náhradu za petrochemické termoplasty. Kyselina mléčná může být vyrobena anaerobní fermentací, buď čistá (např. z glukózy, laktózy) nebo znečištěná (např. ze škrobu, sirupu z melasy) za pomoci mikroorganismů, jako jsou bakterie či houby. PLA byla poprvé syntetizována před 150 lety, ale vzhledem k její nestabilitě ve vlhkém prostředí nebyla okamžitá aplikace nalezena až do roku [22] Kyselina mléčná se nejčastěji získává fermentací škrobu a proces se zakončuje polymerizací. Kromě termoplastických škrobů jsou zatím PLA jedinými průmyslově vyráběnými biologicky odbouratelnými materiály ve větším množství. Vlastnosti se liší podle způsobu produkce. [23] Ukázka PLA pelet na obrázku č. 23. Kyselina mléčná se používá k tomu, aby vytvářela bioplast známý jako kyselina polymléčná (PLA - polylactic acid). Nevýhoda PLA je, že má nižší odolnost vůči vysokým teplotám než některé plasty na základě ropy. To vyřazuje PLA z využívání pro některé aplikace. [24] Obrázek 23 PLA pelety Prodejní cena Průměrná prodejní cena vzorků je 3,40 za kg a při velkých objemech výroby jde cena na 2,20 za kg. Pro srovnání cena polypropylenové (PP) fólie je za 1,50-2,50 za kg. [22] 23

24 Struktura nákladů Finální cena PLA závisí především na výkonnosti počáteční fermentace produkovat kyselinu mléčnou. Kyselina mléčná v současné době zahrnuje přibližně 40 až 50% z celkových nákladů. Je snaha snížit náklady na mléčné kyseliny na úroveň srovnatelnou s cenou ethylenu. [22] Aplikace PLA se používá v potravinářském průmyslu (kelímky, tácky, láhve, obaly), v medicíně, sáčky, pytle a mnoho dalších. Ukázka produktů na obrázcích č. 24 a 25. Obrázek 24 Výrobky z PLA Obrázek 25 Čajové sáčky POLYHYDROXYALKANOÁTY (PHA) Polyhydroxyalkanoáty jsou alifatické polyestery produkované pomocí fermentace z obnovitelných surovin. PHA se hromadí ve formě granulí v cytoplazmě buněk a slouží jako mikrobiální zásoba energie. [22] PHA jsou biopolymery, které lze produkovat pomocí řady mikroorganismů. Všeobecně nalézají uplatnění jako náhrada polyethylentereftalátu (PET), vzhledem k vysoké nepropustnosti pro plyny. [22] Polyhydroxyalkanoáty jsou vyráběny z více možných zdrojů např.: z obnovitelných zdrojů (sacharóza, škrob, celulóza ), z fosilních zdrojů (metan, minerální oleje, hnědé uhlí, černé uhlí), z vedlejších produktů (melasa, syrovátka, glycerol) a dalších. [20] Prodejní cena V průměru se ceny pohybují okolo za kg. Cena PHA je v současné době mnohem vyšší, než u jiných biomateriálů, kvůli vysokým nákladům na suroviny, na zpracování (zejména čištění fermentačního prostředí) a malému objemu výroby. [22] 24

25 Náklady na výrobu V současné době náklady na suroviny představují až 50% z celkového počtu výrobních nákladů pro výrobu PHA. Použití zdrojů s nižšími náklady nebo využití geneticky modifikovaných rostlin, by mělo vést ke snížení celkových nákladů na výrobu. [22] Aplikace Na trhu se využívají polyhydroxyalkanoáty pro balení na jedno použití, na spotřebiče, elektroniku, zboží dlouhodobé spotřeby, v zemědělství a na stabilizace půdy a jako lepidla, barvy a nátěry a v automobilovém průmyslu. [20] Ukázka, jak vypadají granule z PHA na obrázku č. 26. Obrázek 26 PHA granule Biodegradabilní polymery z petrochemických zdrojů POLYKAPROLAKTON (PCL) Polykaprolakton (PCL) byl důkladně studován jako produkt vhodný pro biodegradaci. Tyto polyestery jsou snadno degradovatelné biologické systémy, ale jejich produkce byla omezena z důvodu relativně nízké molekulové hmotnosti a špatné fyzické odolnosti. [21] Aplikace Polykaprolakton byl rozpoznán jako biodegradabilní a netoxický materiál. Jeho vysoká propustnost a biokompatibilita dělá z PCL slibného kandidáta pro biomedicínské aplikace. PCL se používá také na výztuhy bot a zcela biologicky odbouratelné tašky, stehy a vlákna. Dále se používá na biodegradabilní láhve, bio filmy, řízené uvolňování pesticidů a hnojiv, netkané textilie, syntetické obvazy, ortopedické odlitky. [20] 25

26 POLYURETANY Polyuretany mohou být považovány za strukturální charakteristiky polyesterů a polyamidů. [21] Polyuretany byly zavedeny komerčně v roce Jsou to univerzální plasty dostupné v různých formách, od pružné nebo pevné pěny, nátěry, lepidla a tmely. Polyuretany se skládají ze dvou složek, a to ze složky vyrobené z petrochemických surovin a z olejové složky na biobázi. Rostlinné oleje jsou získané z plodin, jako jsou skočec obecný, řepka, sója, slunečnice a lněné semínko. [22] Prodejní cena Tržní cena petrochemických verzí je v rozmezí od 4,40 do 5,40 za kg. Očekává se, že jejich verze na biobázi budou komerčně životaschopné, a to i za vyšší cenu, než jsou jejich petrochemické verze. Nicméně, bude to možné pouze na specializovaných trzích, kde se bude věnovat pozornost životnímu prostředí, udržitelnosti nebo jiným produktům na biobázi, aby se zdůvodnila rozdílnost v jejich ceně. [22] Aplikace Polyuretany můžeme využít jako biomateriály v medicíně (jako cévy či katetry). Výběrem vhodných výchozích surovin je možné připravit biodegradabilní materiál, který se v lidském těle kontrolovaně rozloží na netoxické produkty, které jsou z těla postupně vyloučeny. [25] Ukázka šroubu z PLA na obrázku č. 27. Obrázek 27 Šroub z polyuretanů 26

27 5 VÝSLEDKY A DISKUSE 5.1 Možnosti využití biodegradabilních materiálů Díky nepřítomnosti syntetických chemických sloučenin se obaly na bázi přírodních obnovitelných zdrojů pokládají za vyhovující z hlediska zdraví spotřebitele, a také z hlediska jejich odstranění, neboť se biologicky rozkládají na kompost, bez uvolňování nezdravých chemikálií, vznikajících spalováním konvenčních obalů. Obalové materiály na bázi přírodních zdrojů musí splňovat shodná kritéria, která se uplatňují na konvenční obaly pro potraviny, včetně požadavků na legislativu. [2] Výrobci plastů, kteří vyrábějí po celá desetiletí své produkty z ropy, hledají nové alternativy kvůli zdražování a nedostupnosti vstupních surovin. Jednou z možných alternativ je vyrábět plasty z obnovitelných zdrojů. V poslední době se objevují na trhu produkty z biopolymerů. Např. mulčovací fólie, které používají zemědělci k potlačení plevele. Na konci sezóny se zaorají a v půdě se rozloží velmi rychle na humus. Domácnosti využívají rozložitelné sáčky a pytle na kuchyňský odpad. Ty se vyhodí do biologického odpadu, který se dále zkompostuje. [26] Komerční využití obalů z obnovitelných zdrojů Třebaže se do výzkumu a vývoje věnují nemalé prostředky, využití obalů na bázi obnovitelných zdrojů je zatím dosti omezené. Nečeká se, že materiály na bázi obnovitelných zdrojů v brzké budoucnosti nahradí konvenční materiály. Vzhledem k jejich obnovitelnému původu jde však o materiály budoucnosti. V dlouhodobém horizontu se očekává, že budou z hlediska vlastností i ceny konkurovat konvenčním obalovým materiálům. [2] Vlastnosti výrobků z bioplastů Materiály z biopolymerů jsou odolné proti nárazům, mají dobrou odolnost vůči olejům a tukům, jsou vhodné pro styk s potravinami, jsou tuhé a flexibilní, odolné proti protržení, vhodné také pro hluboké zmrazování, mohou být transparentní či neprůhledné, mají bariéru proti vodě a UV záření, celkem dobře těsní. [27] Ukázka výrobní linky na obrázku č

28 Obrázek 28 Ukázka výrobní linky Odvětví využívající kompostovatelné polymerní materiály Bioplasty jsou dnes využívány v mnoha oblastech trhu, v obalové technice, u obalů pro rychlé občerstvení, ve spotřební elektronice, v automobilovém průmyslu, v zemědělství, v zahradnictví, na hračky a oděvy a v řadě dalších segmentů. [28] Aplikace biodegradabilních materiálů Aplikace těchto materiálů je různorodá od obalů potravin až po doplňky v automobilovém průmyslu. U potravin např.: fólie a tácky na sušenky, ovoce, zeleninu a maso, síťky pro ovoce, podnosy a mísy pro rychlé občerstvení, papírové tašky na chleba s průhledným okénkem. Spotřební zboží např.: hygienické výrobky (pleny, bavlněné tampony), oblečení (trička, ponožky, deky, matrace), pouzdra, CD (kompaktní disky), počítačové klávesy, malé součásti notebooků, náhradní kryty kol a automobilové interiéry, včetně hlav vložek a čalounění. [20] Dále se bioplasty aplikují v zemědělství (mulčování filmy a fólie, motouzy, květináče), v rychlém občerstvení (talíře, příbory, šálky a podnosy), v balení (müsli, pekařské výrobky), hračky a biofiltry pro automobilový průmysl. [29] Zastoupení aplikací přibližuje schéma č. 10, kde vede odvětví obalové techniky. Schéma 10 Podíl různých aplikací na trhu 28

29 Obalová technika Obalový průmysl nejvíce ze všech odvětví využívá klasických plastů a bioplastů. Díky svým fyzikálním vlastnostem jsou obalové polymery do značné míry ovlivněny chemickou strukturou, molekulovou hmotností a podmínkami při zpracování použitých polymerů. Fyzikální vlastnosti požadované na balení závisí na tom, co do obalu bude zabaleno, ale také na prostředí, ve kterém bude balení uloženo. [21] Např. teplé/studené potraviny a nápoje, suché/vlhké prostředí, nízká/vysoká teplota, mražené potraviny, skladovací a přepravní podmínky, odolnost proti vnějším vlivům atd. Do bioplastů je možné zabalit různé produkty od potravin po spotřební zboží např. na obrázcích č. 33, 34 a 35. Bioplasty se díky svým vlastnostem dají výborně formovat do různých tvarů, velikostí a tloušťky obalů. Obrázek 29 Obal na maso z PLA Obrázek 30 Obaly na sendviče z PLA Obrázek 31 Obaly z PLA Zemědělská aplikace Biologicky rozložitelné polymery nabízejí specifické výhody v oblasti zemědělství ukázka na obrázku č. 31 a v oblasti zahradnictví ukázka na obrázku č. 32. Mulčování fólie umožňují výrobu čistých potravin s minimálním použitím pesticidů, je to tím pádem silný prodejní argument pro produkci zeleniny a ovoce a jsou tím pádem vhodné pro využití v ekologickém zemědělství. Biologicky rozložitelné mulčovací fólie jsou dnes velmi dobře přizpůsobeny i pro pěstování ovoce. [30] 29

30 Obrázek 32 Biologicky rozložitelné květináče Obrázek 33 Mulčovací fólie Lékařské aplikace Vývoj biologicky rozložitelných polymerů významně ovlivnil vývoj a rychlý růst různých technologií v moderní medicíně. Tyto polymery se používají na stehy, oporu pro tkáňové regenerace, tkáňová lepidla a systémy podávání léků. Každá z těchto aplikací vyžaduje materiály s unikátními fyzikálními, chemickými, biologickými a biomechanickými vlastnostmi pro zajištění efektivní terapie. Dále jsou použitelné jako náhrady, kostní cement, umělé vazy a šlachy, zubní a cévní protézy, srdeční chlopně, umělé tkáně na umělou kůži, nitrooční čočky, prsní implantáty. [31] Ukázka produktů na obrázcích č. 34 a 35. Biologicky rozložitelné polymery mohou být přírodní a syntetické, dle jejich původu. Přírodní polymery mají vynikající biokompatibilitu s lidským tělem, jelikož strukturálně napodobují přirozené buněčné prostředí, mají jedinečné mechanické vlastnosti a jsou biologicky rozložitelné. Nicméně, přírodní polymery nejsou plně využívány v biomedicíny kvůli nevýhodám spojené s riziky, jako jsou virové infekce, nestabilní dodávky materiálu, nepodobné složení atd. Syntetické polymery na straně druhé mají výhody oproti přírodním polymerům, díky jejich syntetické pružnosti je možné vyvinout polymery s vynikající reprodukovatelností. Navíc, jemné ovládání rychlosti rozkladu těchto polymerů je možné díky změně jejich struktury. [31] Obrázek 34 Šroub z PLA Obrázek 35 Rozložitelná chirurgická sponka 30

31 5.1.5 Konkrétní příklad vyrobeného materiálu MATER-BI Schéma č. 11 představuje výrobní postup materiálu Mater-Bi od výchozí suroviny po konečný produkt firmy Novamont. Schéma 11 Vytvoření Mater-Bi Co je Mater-Bi Mater-Bi je směsný bioplast vyráběný italskou firmu Novamont. Tato hmota je složena ze škrobu (z kukuřice, pšenice nebo brambor) a syntetických polymerů. Tyto syntetické polymery jsou plně biologicky rozložitelné, i přesto že jsou vyrobeny z neobnovitelných zdrojů. Mater-Bi obsahuje 40 až 95% obsahu škrobu, zbytek je složený z různých syntetických aditiv a komplexotvorných činidel. Mícháním se potlačují nedostatky některých vlastností bioplastů (odolnost vůči vodě, pevnost a elasticita). [32] Oblasti použití Mater-Bi Oblastmi pro použití Mater-Bi jsou catering (nádobí, příbory, sklenice), nákupní tašky, výplň pro balení a pěnové bloky na ochranu při přepravě, zahradnictví (mulčovací fólie, nádoby ve školkách), toaletní potřeby a osobní péče (toaletní papír, papírové ubrousky, kapesníky, ručníky, povlaky plenek), kancelářské potřeby (pera, inkousty, pravítka, hračky), transparentní fólie pro balení potravin. [33] Názorné ukázky na obrázcích č. 36 a

32 Důvody malé výroby Využitelnost hmoty Mater-Bi je omezena její stávající cenou. V porovnání s klasickými plasty z fosilních zdrojů je cena 4krát až 8krát vyšší. Tento rozdíl je dán neúměrností cen vstupních surovin a chybějící podporou pro používání obnovitelných zdrojů v této části trhu. Vliv má také i komplikovaný způsob výroby biopolymerů. [18] Produkty z Mater-Bi Obrázek 36 Mulčovací fólie z Mater-Bi Obrázek 37 Odpadkové pytle z Mater-Bi ECOFLEX a ECOVIO Ecoflex je rozložitelný plast certifikovaný biologicky rozložitelný produkt s mnoha druhy certifikací vyráběný firmou Basf Ludwigshafen. [34] Jedná se o materiál, který je vyráběn z ropy, ale zároveň je v souladu s podmínkami normy EN 13432, jedná se tedy o plně rozložitelný polymer. Mechanické vlastnosti polymeru jsou podobné klasickému polyethylenu. Ecovio je derivátem Ecoflexu, ale navíc obsahuje 45% polymeru mléčné kyseliny (PLA), který se vyrábí z kukuřice z obnovitelného zdroje a je vyráběný taktéž firmou Basf Ludwigshafen. [35] Výroba obou dvou je znázorněna ve schématu č. 12 od výchozí suroviny po konečný produkt. Ecovio od Basf KYSELINA POLYMLÉČNÁ (PLA) např.: z kukuřice CELULÓZA např.: ze dřeva Ecoflex LIGNIN např.: ze dřeva ŠKROB např.: z brambor 32 PHAs např.: z glukózy Schéma 12 Tvorba Ecoflexu

33 Využití těchto materiálů Materiály Ecoflex a Ecovio mají široký výběr využití. Ukázka produktů z nich vytvořených na obrázcích č. 38, 39 a 40. Obrázek 38 Nákupní taška z Ecovio Obrázek 39 Obal z Ecovio Obrázek 40 Fólie Ecoflex 5.2 Ekonomické a marketingové zhodnocení obalových materiálů Ekonomická funkce obalů Ekonomická funkce obalů spočívá ve vytvoření a aplikaci optimálních variant na správné zabalení daných produktů. [5] Skladba ceny obalu je znázorněna ve schématu č. 13. PŘÍMÉ NÁKLADY - na obal - na balení NEPŘÍMÉ NÁKLADY - příprava - přesun, odsun - skladování CENA OBALU PODÍL CENY OBALU NA CENĚ VÝROBKU PRÁVNÍ NÁKLADY VYCHÁZEJÍCÍ Z LEGISLATIVY Schéma 13 Skladba ceny obalu 33

34 5.2.2 Funkce bioplastů z pohledu trhu Bioplasty jsou efektivní a technologicky vyspělé materiály. Jsou schopné zlepšit rovnováhu mezi přínosem pro životní prostředí a vlivem na životní prostředí. Analýzy životního cyklu ukazují, že bioplasty mohou snížit emise oxidu uhličitého o 30 až 70% ve srovnání s konvenčními plasty (v závislosti na materiálu a aplikaci). Využívání biomasy při výrobě biomateriálů má jasnou výhodu: obnovitelnost a dostupnost. Omezené zásoby ropy mohou být uloženy a další dovoz ropy z nestabilních oblastí může být snížen. [28] Řízení vývoje trhu Trh s bioplasty roste zhruba o 20% za rok. Mix vnitřních a vnějších tržních veličin usnadňuje tento růst a průmyslové subjekty láká na výhody, jako jsou pokročilé technické vlastnosti, které zvyšují atraktivitu výrobku, potenciální snížení nákladů díky úsporám z rozsahu a rozvoj dalších možností odstranění. Mezi vnější faktory patří vysoké spotřebitelské přijetí, rýsující se nebezpečí, které představuje změna klimatu, zvyšující se ceny fosilních materiálů a naší současné závislosti na fosilních zdrojích. [36] Faktory ovlivňující trh jsou přehledně uvedeny ve schématu č. 14. Řízení vnitřního trhu v průmyslu Řízení vnějšího trhu v průmyslu moderní technické vlastnosti a funkce přijetí zákazníky (ekologický marketing) snížení nákladů díky zvětšení objemu výroby Růst bioplastů v Evropě o 15-20% ročně klimatické změny zvýšení cen fosilních materiálů a jejich bližící se nedostatek udržitelnost a nové možnosti recyklace závislost na subjektech, vlastnících fosilní paliva Schéma 14 Vnější a vnitřní faktory IK Potenciál bioplastů na trhu Plastové výrobky jsou všudypřítomné v naší společnosti a budou i nadále nezbytné do budoucna. Dělají náš život bezpečnější a příjemnější. Chemický průmysl se přizpůsobuje budoucímu využití biomateriálů. Pokouší se o prodloužení životnosti a snížení materiálové spotřeby. [37] 34

35 Přes všechny výhody bioplastů, jsou neustále milióny obalů vytvářeny tradičním konvekčním způsobem, při kterém je spotřebovávaná cenná ropa. A navíc obalové produkty nejsou z odbouratelného materiálu. Hlavním důvodem je to, že bioplasty jsou v dnešní době stále dražší než jejich petrochemicky vyráběné protějšky. [26] Růst bioplastů na trhu Celková polymerní spotřeba v západní Evropě je asi 50 milionů tun ročně. Díky novým bioplastům lze technicky nahradit až 42 milionů tun této spotřeby, ale není dosud dostatečný objem výroby. Výroba bioplastů se má zvýšit z dnešních zhruba 1,2 milionu tun na téměř 6 milionů tun v roce [37] Pro názorné porovnání slouží schéma č. 15. Nové polymery, které jsou biologicky rozložitelné (např. škrobové) jsou velkou příležitostí pro obchod a spotřebitele. V nejbližších letech růst půjde výrazně nahoru. Jak výrobní kapacity porostou, bude zásobování bioplastových materiálů a výrobků větší a větší. Kromě toho, na základě předpovědi pro vývoj cen ropy, bude využívání obnovitelných zdrojů ekonomicky stále výhodnější. [37] Je nezbytné pro další rozvoj trhu, aby výrobky, které jsou uváděny na trh, byly v zisku již v této počáteční fázi. Bezpečný investiční rámec a podpora ze strany tvůrců politiky posílí zájem podnikatelů, kteří využijí potřebný um pro rozvoj tohoto pilíře, pro budoucí trvale udržitelnou společnost. [37] Schéma 15 Přítomnost a budoucnost biomateriálů IK Bioplasty a politické postavení Politický a ekonomický rámec hraje ústřední roli v pronikání výrobků z bioplastů na trh. Rostoucí nedostatek ropy a jiných konečných, neobnovitelných zdrojů vyžadují další inovace, rozvoj a využívání nových produktů, které využívají zdroje dosud 35

36 nezačleněných do průmyslu. Hospodářství Evropské unie je závislé na dovážených zdrojích, které se budou neustále zdražovat v dohledné budoucnosti. [38] Oblast biologicky rozložitelných odpadů je upravena evropskými směrnicemi, dále základními zákony a jejich vyhláškami, normami a také Plánem odpadového hospodářství v České republice. [39] Výhody a nevýhody využití bioplastů Materiály z neobnovitelných zdrojů Materiály z neobnovitelných zdrojů mají vynikající mechanické vlastností, jsou odolné a mají nižší náklady na výrobu, proto jsou široce používány v každodenních potřebách současné společnosti a hrají důležitou roli při zlepšování kvality života. Avšak vzhledem k jejich přetrvávání v životním prostředí, polymerní materiály představují nebezpečí v našem ekosystému a navíc neobnovitelné zdroje rychle vyčerpáváme. Očekává se, že v průběhu počátku 21. století bude dvoj-až trojnásobné zvýšení spotřeby plastů, zejména v důsledku zvýšeného využívání v rozvojových zemích. [20] Materiály z obnovitelných zdrojů Naopak materiály z obnovitelných zdrojů se v přírodě rozkládají velmi rychle. Jsou méně závislé na omezených a stále dražších fosilních zdrojích, využívají méně zdrojů na výrobu (voda, energie, odpady). Mají potenciál ke snížení emisí skleníkových plynů. Jsou méně toxické a často kompatibilní s lidskou tkání. S lepší schopností využití recyklace či pro výrobu kompostu. Mají zvýšenou průmyslovou konkurenceschopnost prostřednictvím inovativních ekologicky účinných produktů na biobázi a možnost pro trvale udržitelnou průmyslovou výrobou. Těchto výhod však lze dosáhnout pouze s neomezenou politickou podporou. [38] Výroba biomateriálů je dnes, ale často ještě závislá na ropě ve formě energie a spotřebovaného materiálu. To vše přichází v podobě energie potřebné k napájení zemědělských strojů, k zavlažování rostoucích plodin, na výrobu hnojiv a pesticidů, k přepravě rostlin a rostlinných produktů do zpracovatelských podniků, na zpracování surovin, a nakonec k výrobě bioplastů, ale obnovitelné zdroje energie mohou být použity k získání ropné nezávislosti. [40] 36

37 5.2.5 Perspektivy obalových materiálů z obnovitelných zdrojů Dříve, než se materiály na bázi obnovitelných zdrojů stanou konkurenceschopnou alternativou potravinářských obalů, bude zapotřebí provést rozsáhlý výzkum a vývoj v této oblasti a snížit náklady na jejich výrobu. V dnešní době jsou náklady spojené s výrobou mnoha biopolymerů téměř stejné nebo mírně převyšující náklady na výrobu polyethylentereftalátu (PET), kromě PHA (polyhydroxyalkanoátů), jejichž náklady převyšují náklady na konvenční plasty desetinásobně. Rozsah výroby biopolymerů je, ale mnohem nižší než u konvenčních materiálů, což ovlivňuje cenu. Nižších nákladů lze dosáhnout jen v případě velkoobjemové výroby. Mezi další problémy související s biopolymery patří: přijatelnost pro spotřebitele, legislativa, bezpečnost a biodegradovatelnost obal musí zůstat stabilní po celou dobu údržnosti výrobku, který je do obalu zabalen, ale pak se musí dát rozložit po dokončení využívání. [2] Přes veškeré snahy o účinnou redukci objemu obalového odpadu, nelze vzhledem k již zmíněným cenám biodegradabilních polymerů v dohledné době očekávat jejich schopnost konkurovat obalům ze zavedených polymerů. Na druhé straně si při současné úrovni kultury prodeje lze také jen těžko představit obecný návrat k monopolu obalů z papíru, celofánu a kartonu. V dnešní době, kdy narůstá naléhavost ekologického nakládání s obalovými odpady, se používání biologicky rozložitelných materiálů, jistě stane neopomenutelnou podporou v ochraně životního prostředí, bok po boku recyklaci odpadů a jejich znovu využití. [41] Rozšíření obalů z biodegradabilních materiálů na trh Abychom mohli plně využívat biodegradabilní materiály ve formě obalů, je nezbytné snižovat náklady na jejich tvorbu i pracnost výroby, zmenšovat spotřebu materiálu, ale nikoli na úkor kvality, zajistit lepší ochranu výrobku v průběhu přepravy a skladování a následně umožnit recyklaci nebo biodegradaci použitých obalů. [42] Také to naznačuje, že v krátkodobém horizontu se budou podniky, které uskutečňují výrobu odbouratelných polymerů i nadále zaměřovat jen na okrajové trhy. Se zvyšováním výrobních kapacit se předpokládá budoucí pokles cen. [43] Příklady uvedení bioplastů na trh V dnešní době je Evropa jedním z největších a nejzajímavějších trhů s bioplasty na světě a je na špičce ve výzkumu a vývoji. Naopak počet výrobních komplexů pozoruhodně roste v Asii a v Jižní Americe. Tím pádem konkurenceschopnost 37

38 evropských průmyslových areálů musí být vylepšována prostřednictvím rámcových programů a různých nařízení, např. za pomoci Evropské unie. [44] Své výrobky uvedlo na trh několik velkých značkových výrobců, např. Procter&Gamble, Coca-Cola, Danone, Puma, Samsung nebo Toyota. Další prominentní společnosti jako PepsiCo, Heinz, Tetra Pak a další také oznámily plány na zahrnutí bioplastů do své výroby. Zabudování těchto materiálů do svých výrobků, zvýší těmto firmám úroveň kladného smýšlení u spotřebitelů a zvýší tím jejich informovanost o této problematice. A s rostoucím objemem bioplastů na trhu se sníží firmám výrobní náklady, a tak se brzy přizpůsobí cenám zaplaceným za běžné materiály. [45] 5.3 Popis způsobů odstranění obalů, včetně biodegradabilních obalů Problém jakékoliv moderní společnosti je vznik a odstranění odpadů. Rozsáhlé využívání hygienicky nezávadných balicích materiálů umožňuje prodej zdravotně nezávadných potravin, ale tím pádem vzniká významné množství odpadů, které zatěžují životní prostředí. Jednou z možných cest jak snížit celkovou zátěž je odpady sbírat cíleně, třídit je a zajistit jejich dlouhodobé zpracování formou recyklace nebo vyvíjet díky novým technologiím šetrnější materiály pro výrobu produktů a jejich odpadů. Recyklace odpadů reprezentuje strategii šetřící přírodní zdroje a snižující celkovou zátěž životního prostředí. Zároveň umožňuje zvyšovat zdroje k dalšímu použití, dosahovat úspory surovin, které by musely být vynaloženy na obalové materiály a tím snižovat celospolečenské náklady na pořizování prvotních surovin. [46] Odpady a nakládání s nimi patří mezi rostoucí ekologické problémy. Odpady jako nechtěné produkty ekonomického systému, jsou neupotřebitelné zbytky produktů, znehodnocené výrobky či obaly, které je potřebné odstranit z hygienických, ekologických, estetických nebo funkčních důvodů. Pro odstranění biomateriálů využíváme účinky metabolitů a enzymů produkovaných mikroorganismy. O možnosti napadnutí mikroorganismy rozhoduje především chemické složení polymerů. Zatímco přírodní polymery podléhají biologické degradaci celkem lehce, v závislosti na uložení (aerobní a anaerobní podmínky), syntetické polymery jsou značně odolné. [5] Problémem je, ale i současná existence biodegradabilních a recyklovatelných plastů, protože běžný spotřebitel je špatně odlišuje. Podíl obou druhů plastů v recyklátu ho může zcela znehodnotit - jak pro recyklaci, tak pro biodegradaci. [47] 38

39 5.3.1 Rozložitelnost obalů z biomateriálů Biologicky rozložitelné obaly musí být takové povahy, aby byly schopny se podrobit fyzickému, chemickému, tepelnému či biologickému rozkladu, aby se většina materiálu nakonec rozložila na oxid uhličitý, biomasu a vodu. Je třeba rozlišovat také výraz biologicky rozložitelný a kompostovatelný. Zatímco biologicky rozložitelný znamená, že se objekt biologicky rozloží, tak kompostovatelný konkrétně požaduje, aby konečný produkt byl humus. [20] Z hlediska biodegradovatelnosti dělíme plasty na nebiodegradovatelné z petrochemických surovin, biodegradovatelné z petrochemických surovin, nebiodegradovatelné z obnovitelných surovin a biodegradovatelné z obnovitelných surovin. V užším smyslu se jako o biodegradabilních plastech mluví pouze o bioplastech z posledně uvedené skupiny. [47] K přínosům kompostovatelných obalů (např.: sáčků) patří hygienická hlediska (čistá manipulace, snížení hnilobných procesů a zápachů), snížení hmotnosti bioodpadu (poplatky za svoz a zpracování), zvýšení čistoty bioodpadu (bez nutnosti další manipulace před odevzdáním na kompostárnu), zvýšení výtěžnosti (zvýšení efektivity separace a snížení množství biodegradabilních odpadů ve směsném komunálním odpadu), celkový environmentální přínos kompostovatelných plastů (v porovnání s konvenčními plasty). [18] Nakládání s odpady Nyní vyvstává otázka, jak nejlépe nakládat s odpady z domácností. Způsoby zneškodňování odpadů a čas nutný pro odbourávání je velmi důležitým faktorem při vývoji biologicky rozložitelných plastů. Aktuální biodegradabilní polymery jsou navrženy tak, aby degradovaly buď biologicky, nebo chemicky. Environmentální zákony a předpisy a požadavky zákazníků na ekologicky šetrné výrobky začínají mít vliv na použití rozložitelných polymerů. [43] Recyklace bioplastů Při recyklaci zužitkujeme látky z původního výrobku bez nutnosti jejich rozložení na prvočinitele. Recyklace je většinou rychlejší, jednodušší a může být i energeticky nenáročnější, zejména s ohledem na samotnou výrobu z recyklátu. Na druhé straně ale neumíme recyklovat dokonale a potřebné vlastnosti surovin se při vícenásobné recyklaci zhoršují, zároveň není recyklace nikdy stoprocentní. [47] 39

40 Biodegradace na druhé straně může rozložit výrobek na jeho prvočinitele (tato fáze je různě energeticky náročná), následující fáze výroby je pak energeticky náročná obdobně jako výroba z původních. [47] Existují ale obavy, že bioplasty mohou poškodit stávající recyklační projekty. Klasické nápojové obaly lze snadno identifikovat, a proto vytvoření recyklační infrastruktury je poměrně úspěšné v mnoha částech světa. Spotřebitel, ale nedokáže rozlišit různé typy od sebe (co je rozložitelné a co není) a správně je zatřídit, neboť není ucelené označování obalů. Problém by mohl být překonán tím, že se zajistí ucelené popisy obalů nebo investováním do vhodných třídících technologií. Nicméně, první směr je nespolehlivý a druhý nákladný. [40] Biodegradace a kompostování bioplastů Termín biologicky odbouratelný líčí chemický proces, během kterého mikroorganismy, které jsou k dispozici v prostředí, převádí materiály na přírodní látky, jako jsou voda, oxid uhličitý, dusík. Proces biodegradace závisí na okolních podmínkách prostředí (např. umístění nebo teplota), na materiálu a na aplikaci. [17] Biologický rozklad je ale mnohdy doprovázen řadou více či méně nepříjemných jevů, např. tvorbou zápachu, uvolňováním tepla, produkcí metanu a oxidu uhličitého, vznikem látek toxických pro rostliny, případně i opětovným rozvojem patogenních mikroorganismů. [48] Pokud se jedná o kompostování, tak je to účinná metoda využití biodegradabilních odpadů k výrobě organického hnojiva (kompostu). Přeměnu organické hmoty odpadů zabezpečují hlavně aerobní mikroorganismy. [49] Výsledek kompostování je kompost, který je dále využitelný pro hnojení. Jeho tržní cena je obvykle odvozována od ceny živin v minerálních hnojivech. To je ale pouze její část, která skutečnou hodnotu kompostu nedokáže postihnout. Využívání kompostu je důležité z hlediska jeho kladného vlivu na fyzikální a chemické vlastnosti půdy. Pokud se jedná o ceny kompostu, tak v Evropské unii vykazují celkem široké rozmezí. Na zahradnickém trhu se ceny pohybují nad 40 za tunu. Většina kompostu se uplatňuje na zemědělském trhu, v severních evropských zemích je cena kompostu nad 15 za tunu a v jižních evropských zemích může být cena vyšší, tedy asi 50 až 100 za tunu. [50] 40

41 5.3.2 Hodnocení kompostovatelných plastů Porovnávání vlivu biodegradabilních plastů a synteticky vyráběných materiálů na životní prostředí ukázalo, že z pohledu produkce skleníkových plynů a úspor energie mají jednoznačně pozitivní vliv. Způsob odstranění synteticky vyráběných plastů často vede k jejich spalování či skládkování. Při odstranění bioplastů je navíc potenciál získání kompostu nebo bioplynu. [18] Označení biomateriálů Pojem bioplast se používá pro označení biologicky odbouratelných plastů na bázi ropy a také sem patří bioplasty vyrobené z obnovitelných surovin. Tyto bioplasty mohou, ale nemusí být biologicky odbouratelné a zároveň nejsou všechny odbouratelné látky také kompostovatelné. I zde je nezbytné rozeznávat tyto druhy. U biologicky odbouratelných látek dochází více jak k 90% přeměně látek činností baktérií, hub a enzymů na vodu, oxid uhličitý a methan, ale látky vhodné ke hnojení při tomto postupu nevznikají. Naopak u kompostovatelných materiálů probíhá bakteriální rozklad, při němž vzniká vedle ostatních složek, také hodnotná složka biomasa, která se využívá ke hnojení (kompost). Bioplasty, které jsou kompostovatelné, jsou certifikované podle normy EN [3] Ukázky značení znázorňuje obrázek č. 41. Obrázek 41 Druhy certifikací a norem 41