MEGÚJULÓ ERŐFORRÁSBÓL ELŐÁLLÍTOTT LEBOMLÓ

Átírás

1 HUNEST BIOREFINERY KFT. MEGÚJULÓ ERŐFORRÁSBÓL ELŐÁLLÍTOTT LEBOMLÓ POLIMER TERMÉKEK TERVEZÉSE PÁLYÁZATI KIÍRÁS SZEMPTEMBER 20.

2 TARTALOMJEGYZÉK 1. BEVEZETÉS A POLITEJSAV, MINT LEBOMLÓ POLIMER ELŐÁLLÍTÁS TULAJDONSÁGOK, FELDOLGOZÁS ÚJRAHASZNOSÍTÁS, KOMPOSZTÁLÁS MEGVALÓSULT IPARI ALKALMAZÁSOK HUNEST BIOREFINERY KFT A PÁLYÁZAT CÉLJA, HATÁRIDŐK DÍJAZÁS JELENTKEZÉS PÁLYÁZATRA, ELÉRHETŐSÉG... 10

3 1. Bevezetés Napjainkban a szigorodó környezetvédelmi előírások következtében egyre nagyobb vádak érik a mesterséges polimerek, azaz a műanyagok előállítását, feldolgozását és felhasználását. Az egyik vád, hogy ezeket az alapanyagokat kőolajból állítják elő, nem pedig megújuló erőforrásból, így nem szolgálják a fenntartható fejlődést. Ezt a vádat enyhíti az a tény, hogy a műanyagipar nagyobb mennyiségű kőolajat takarít meg, a járműipar számára gyártott műszaki műanyagból készült korszerű, könnyű termékek beépítésével, és így a járművek fogyasztásának csökkentésével, mint amennyit a műanyagok előállításához felhasznál. A másik gyakran hallható vád, hogy a tipikusan tömegműanyagból készült egyszer használatos és rövid használati idejű termékek (pl.: üdítőital palackok, evőeszközök, stb.) nem teljes mértékű újrahasznosítása miatt jelentős ütemben növelik a szemétlerakók leterheltségét. A mérnökök már a XX. század végén felfigyeltek ezekre a problémákra, amelyekre megoldás lehet olyan polimerek használata, amelyeket évenként megújuló erőforrásból állítanak elő, valamint komposztálhatóak, azaz a használati idejük után a komposztba helyezve baktériumok, gombák, algák enzimatikus bontó képességének hatására humusszá, vízzé, szén-dioxiddá bomlanak. Ezeket a polimereket biológiai úton lebomló, röviden lebomló polimereknek vagy biopolimereknek nevezzük. A lebomló polimerek beilleszthetőek a természet körforgásába és ezáltal a fenntartható fejlődést szolgálják, mivel a lebomlás során keletkező humusz felhasználható táptalajként megújuló erőforrás létrehozására, amelyből ismételten lebomló polimer alapanyag, valamint termék állítható elő (1. ábra). 1. ábra A lebomló polimer termékek életciklusa Hunest Biorefinery Kft. 1

4 2. A politejsav, mint lebomló polimer 2.1. Előállítás A legjelentősebb megújuló erőforrás, amelyből lebomló polimert lehet létrehozni a keményítő, amely a Földön széleskörűen megtalálható az évenként megújuló kultúrnövényekben, mint például a kukoricában, búzában, burgonyában, rizsben, borsóban, mint a növényi sejtek fő energiaraktározója. Magyarországon a 2008-as adatokat tekintve 16 millió tonna gabonát termesztettek, amelynek fő része búza és a kukorica a maguk 70% keményítő tartalmával. A kultúrnövényekből kinyert keményítő és a cukorrépából kinyert cukor erjesztésével tejsav gyártható, amelynek polimerizációjával pedig úgynevezett politejsav (polylactic acid (PLA)) (2. ábra) készíthető. 2. ábra 1 tonna PLA előállításához szükséges takarmány mennyisége Az Európai Közösség tanulmánya szerint a PLA várhatóan egyre növekedő felhasználása és ezáltal pedig a kultúrnövények adott hányadának lebomló polimer gyártási célú felhasználása még az olajárak rohamos emelkedése esetén, azaz a hagyományos, kőolaj alapú polimerek drasztikus drágulása esetén sem fog élelmezési problémákat okozni Tulajdonságok, feldolgozás A PLA egy lineáris, alifás poliészter. Lineáris, azaz hőre lágyuló (termoplasztikus), így minden hagyományos hőre lágyuló polimer feldolgozási-technológiákkal feldolgozható, mint Hunest Biorefinery Kft. 2

5 például fröccsöntéssel, extruzióval, vákuumformázással, préseléssel, palackfúvással, stb. Mivel a PLA-t nagyon lassú kristályosodás jellemzi, így annak ellenére, hogy az alapanyag részben kristályos formában vásárolható meg, a feldolgozása során a molekulaszerkezete amorf marad, nem kristályosodik ki, azaz közel teljesen áttetsző termékek gyárthatóak belőle. Ugyanakkor megoldható mesterkeverékkel való színezése is (3. ábra). 3. ábra Fröccsöntött PLA virágcserép színezék nélkül és színezékkel (1. táblázat). Mechanikai tulajdonságok szempontjából a PLA leginkább a polisztirolra (PS) hasonlít Szakítóvizsgálat Kimunkálás Húzó rugalmassági Húzószilárdság iránya Szakadási nyúlás [%] modulusz [MPa] [MPa] hosszirány 3350 ± ,6 ± 2,3 2,42 ± 0,06 keresztirány 3320 ± 80 61,7 ± 0,9 2,33 ± 0,06 Hajlítóvizsgálat Kimunkálás Hajlító rugalmassági Hajlítószilárdság iránya Szakadási nyúlás [%] modulusz [MPa] [MPa] hosszirány 3680 ± ,2 ± 4,3 3,74 ± 0,03 keresztirány 3930 ± ,1 ± 2,9 3,74 ± 0,02 1. táblázat Fröccsöntött PLA-ból folyásiránnyal párhuzamosan és arra merőlegesen kimunkált próbatestek szakító és hajlítóvizsgálatának eredményei Nagy szilárdsággal, merevséggel, de kis mértékű szakadási nyúlással rendelkezik, amely alapján inkább a műszaki műanyagok csoportjába lehet besorolni, mintsem a tömegműanyagok közé. Ütőszilárdsága (~6 kj/m 2 ) szintén a PS-hez hasonlatos. Tekintve, hogy a PLA feldolgozható hagyományos műanyag feldolgozási technológiákkal, azaz képlékeny alakadással, így célszerű ismerni a feldolgozási paramétereit, feldolgozásával kapcsolatos tulajdonságait is (2. táblázat). Hunest Biorefinery Kft. 3

6 Paraméter Érték Sűrűség [g/cm 3 ] 1,25 Folyóképesség (MFI) [g/10 perc] C Üvegesedéi hőmérséklet [ C] 60 Kristályolvadási hőmérséklet [ C] 150 Javasolt ömledékhőmérséklet feldolgozáshoz [ C] Javasolt szerszámhőmérséklet feldolgozáshoz [ C] Zsugorodás [%] 0,2-0,5% Hőtűrés [ C] táblázat A PLA feldolgozási paraméterei, feldolgozásával kapcsolatos tulajdonságai Feldolgozás szempontjából fontos tudni, hogy a PLA a hagyományos műanyagokhoz képest kisebb, mindössze pár tizedszázalékos zsugorodással rendelkezik, amit egy PLA termék alakadó szerszámának tervezésénél mindenképpen figyelembe kell venni. Figyelembe kell venni továbbá, hogy a PLA hőtűrése 60 C, amely az alapanyag módosításával C-ra növelhető, habár az eljárás növeli az alapanyaggyártás költségeit. Vízgőz és gázzáró képessége a PET-nél gyengébb, de aromazárása és zsírállósága kitűnő. Optikai tulajdonságai (átlátszósága) a PET-hez hasonlatosak. Könnyen nyomtatható, égés közben csekély mennyiségű füstöt képez, ultraibolya fénynek jól ellenáll. Potenciális felhasználási területe a vákuumformázott, fröccsöntött termékek (tálcák, tálak, csészék, poharak, evőeszközök, dobozok palántázócserepek), gyógyászati eszközök (varratok, gyógyszerek, mesterséges bőr, ortopédiai implantátumok), és megfelelő lágyítása esetén a csomagolástechnikai eszközök (szemeteszacskók, talajtakaró fóliák). Tekintve, hogy a PLA kitűnő mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, és mivel jelentős mennyiségben rendelkezésre álló takarmánynövényekből előállítható alapanyagról van szó, így széleskörű elterjedése várható. A jövőben jelentős mennyiségű, manapság tömegműanyagokból készített termék anyagát kiválthatja, valamint várhatóan műszaki műanyagokat is helyettesíthet és az árának további csökkenésével akár forradalmasíthatja a műanyagipart Újrahasznosítás, komposztálás A PLA termékek újrahasznosítására két módszer alkalmas. Az egyik, hogy a PLA termékek szelektív gyűjtése után megoldható azok hidrolízise, depolimerizációja, amely során tejsav képződik. A tejsav ezt követően újra felhasználható PLA gyártására. A másik módszer a komposztálás, aminek segítségével visszavezethetőek a PLA termékek a természet Hunest Biorefinery Kft. 4

7 körforgásába. A komposzt magas hőmérséklete (40-60 C) és páratartalma (60-80%) következtében a PLA termékek molekulatömege hidrolízis által oligomer tejsavig csökken, amit a bontó baktériumok már fel tudnak dolgozni, le tudnak bontani. A komposztálás történhet iparilag, vagy a szélesebb társadalmi rétegek számára is elérhetően házilag. Előbbi előnye, hogy szakszerűen előkészítik a komposztálni szánt termékeket, és kiváló minőségű komposzt képződik, amely alkalmas a termőföld humusz tartalmának növelésére (trágyázásra), ugyanakkor az eljárás szintén megköveteli a PLA termékek szelektív gyűjtését. A házi komposztálás esetén ugyan nem feltétlenül képződik a legjobb minőségű komposzt, habár nagy előny, hogy a komposztáláshoz a PLA termékeket nem kell szeletíven gyűjteni, és elszállítatni, csak elhelyezni a kertben ásott komposztálóban. A komposzt hőmérséklete és páratartalma jelentősen befolyásolja a PLA termékek lebomlási idejét (3. táblázat) Hőmérséklet [ C] Páratartalom [%] Tördelődés kezdete Teljes lebomlás ,3 év 10,2 év ,5 év 4,8 év év 3,1 év ,1 hónap 10 hónap hónap 2,5 hónap ,5 hónap 2 hónap 3. táblázat A PLA tördelődésének kezdetéhez és teljes lebomlásához szükséges idő a hőmérséklet és a páratartalom függvényében Megfigyelhető, hogy 25 C-on és 80%-os páratartalom esetében (átlagos beltéri páratartalom 50%) 2 évig nem indul meg a termék tördelődése, azaz ha egy PLA-ból készült terméket szobahőmérsékleten tárolunk, az több évig használható marad. Ilyen szempontból a PLA akár intelligens alapanyagnak is mondható, ugyanis akkor bomlik le, amikor azt a komposztálóban elhelyezzük, egyébként pedig több évig rendeltetésszerűen használhatjuk. A komposztba elhelyezve megindul a termék lebomlása, amelynek végeztével táptalaj képződik (4. ábra). 4. ábra Komposztban elhelyezett PLA villa lebomlása Hunest Biorefinery Kft. 5

8 3. Megvalósult ipari alkalmazások Napjainkban a PLA már kereskedelmi forgalomban kapható, és egyszerűen beszerezhető. Ára (~2-4 Euro/kg) még egyelőre hátráltatja széleskörű elterjedését, de a világ számos pontján újonnan nyíló PLA gyártóüzemeknek és ezáltal a termelési kapacitás növekedésének köszönhetően a közeljövőben a PLA a tömegműanyagokkal (~0,8-1,5 Euro/kg) is versenyképes lesz. Mivel a PLA extrudálható, fröccsönthető, vákuumformázható, de akár szálat is lehet belőle húzni (lebomló ruházat!), így széles termékpaletta gyártható belőle (5. ábra). 5. ábra PLA-ból létrehozott termékek Magyarországon az ICO Zrt. alkotott PLA-ból Green Planet márkanévvel irodaszer termékcsaládot, amit a pomázi fröccsöntőüzemükben gyártanak és kereskedelmi forgalomban kapható (6. ábra). 6. ábra Az ICO Zrt. Green Planet márkanevű termékei Hunest Biorefinery Kft. 6

9 4. Hunest Biorefinery Kft. A NitroKémia Zrt. három éve megalakított egy kizárólagosan magyar tulajdonban lévő projekt társaságot, a HUNEST BIOREFINERY Kft.-t, amelynek célja a Nitrokémia Zrt. barnamezős területeinek hasznosítása egy korszerű környezetkímélő technológia meghonosításával, valamint hogy megvalósíthatósági tanulmányt készítsen úgynevezett Biofinomító üzem építésére. A projekttársaság kidolgozta, és beruházásra előkészítette egy hazai alapanyagokat felhasználó komplex Biofinomító technológiáját, amelynek termékei környezetbarát tejsav bázisú vegyipari alapanyagok, oldószerek, polimerek. A tervezett Biofinomítóban hazai búzából előállított keményítő felhasználásával, magyar szellemi terméket képviselő fermentációs technológiával lehetőség van a széleskörűen felhasználható optikailag tiszta tejsav amely fontos alapanyaga a környezetkímélő, az egészséget nem károsító oldószereknek és a biológiailag lebomló műanyagoknak, politejsavnak az előállítására. A cég következő középtávú ( es) feladata a projekt realizálása: azaz, a barnamezős területre a Biofinomító felépítésének előkészítése megvalósítása. A másik fő feladata, hogy a gyártás megkezdéséig bel-és külpiacokat építsen ki, ismertesse a leendő felhasználókkal a politejsav termékek környezetbarát tulajdonságait. Jelen pályázat kiírás is azt a célt szolgálja, hogy a végső felhasználók is megismerjék a politejsavból készült terméket. Cégadatok: NÉV: HUNEST-BIOREFINERY Kft. Székhely: 8184 Fűzfőgyártelep, Munkás tér 2. Cégbírósági bejegyzés száma: Adószám: Alakulás időpontja: szeptember 17. Hunest Biorefinery Kft. 7

10 5. A pályázat célja, határidők A pályázat keretén belül a pályázóknak PLA-ból gyártandó, környezetbarát terméket kell tervezniük. Kétfajta terméktípus tervezése között lehet választani, ugyanakkor egy pályázó beadhat több pályázatot ugyanarra a terméktípusra vagy akár mindkét terméktípusra is. Ezeket önálló pályázatként fogjuk elbírálni. Az egyik típusú termék, amivel lehet pályázni, az úgynevezett presztízstermék. Mivel a PLA ára egyelőre még nem versenyképes a tömegműanyagokkal, így ennek a terméknek a fogyasztója az a társadalmi réteg lenne, amelyik egyrészt környezettudatos életmódot folytat, másrészt ennek érdekében hajlandó a napjainkban még kis mértékben drágább, ugyanakkor környezetbarát, PLA-ból készült termékeket vásárolni, végül pedig egyfajta státuszszimbólumként tekinthet erre a termékre. A másik típusú termék, amire várjuk a pályázatokat, az pedig játék. A termék fogyasztói nem feltétlenül csak a családos emberek lehetnek, hanem minden korosztály, hiszen egy jó logikai, vagy társasjátékkal az ember felnőtt korában is szívesen foglakozik. A pályázat kétfázisú, azaz előbb egy jól átgondolt ötlettervet kell benyújtani a termék rajzával együtt. Sikeres pályázat esetén a második körben a pályázó feladata pedig az általa tervezett termék megvalósíthatóságig való finomítása, átgondolása, áttervezése. A pályázat első fázisában a pályázatoknak az alábbi dokumentumokat kell tartalmaznia: - Név, beosztás (hányadik éves hallgató, kar, szak), elérhetőség ( , telefonszám) - A termék leírása fél-egy oldalban (mire használják, funkciói) - Követelményjegyzék a termékkel szemben - A termék műszaki rajza (2D-s és 3D-s rajzokat is elfogadunk, valamint a rajzokon elegendő a fő méreteket bejelölni) Beadási határidő a pályázat első fázisára: október 22. A továbbjutó pályázatok kihirdetése: október 28. A pályázat második fázisában az első fázisban nyertes pályázatokat az alábbi dokumentumokkal kell kiegészíteni: - A termék méretezése (ha szükséges, és éri igénybevétel) - Gyártáshelyes tervezés - Piackutatás Beadási határidő a pályázat második fázisára: december 13. Eredményhirdetés ideje: december 17. Hunest Biorefinery Kft. 8

11 6. Díjazás Az első három legjobb pályamű kerül díjazásra, amely az alábbiak szerint alakul: - 1. díj: Forint, - 2. díj: Forint, - 3. díj: Forint, valamint abban az esetben, ha a pályamű-díjas termékek gyártásra kerülnek, akkor a pályázó részesedést kap a terméke eladásának bevételéből. Hunest Biorefinery Kft. 9

12 7. Jelentkezés pályázatra, elérhetőség A pályázatra jelentkezni Tábi Tamás fejlesztőmérnöknél lehet (tabi@pt.bme.hu, , MT épület Polimertechnika Laboratórium). Jelentkezési határidő nincs, de a jelentkezést célszerű elvégezni, mivel anyagmintát tudunk biztosítani, hogy kézzel foghatóvá tegyük az alapanyagot. Mindenkinek eredményes munkát kívánunk! Dr. Kovács László Ügyvezető igazgató Hunest Biorefinery Kft. Tábi Tamás Fejlesztőmérnök Hunest Biorefinery Kft. Hunest Biorefinery Kft. 10