เหตุใดจึงเลือกพลาสติกชีวภาพสำหรับวัสดุที่ยั่งยืน

ในยุคแห่งความตระหนักรู้ด้านสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มมากขึ้นและความต้องการเร่งด่วนในการลดการพึ่งพาทรัพยากรฟอสซิลพลาสติกชีวภาพได้กลายเป็นหนึ่งในทางเลือกที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับพลาสติกปิโตรเคมีทั่วไป

พลาสติกชีวภาพคืออะไร?

ความหมายและความแตกต่าง
พลาสติกชีวภาพหมายถึงวัสดุโพลีเมอร์ (ทั้งหมดหรือบางส่วน) ที่ได้มาจากแหล่งชีวภาพหมุนเวียน เช่น ชีวมวลพืช (แป้งข้าวโพด อ้อย เซลลูโลส สาหร่าย ฯลฯ) แทนที่จะมาจากปิโตรเลียม พวกมันอาจได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อเลียนแบบคุณสมบัติของพลาสติกทั่วไป (เช่น โพลิเอทิลีน โพลิโพรพิลีน PET) หรือมีคุณสมบัติการย่อยสลายทางชีวภาพหรือความสามารถในการย่อยสลายได้แบบใหม่

หมวดหมู่ของพลาสติกชีวภาพ
พลาสติกชีวภาพสามารถจัดกลุ่มตามแหล่งที่มา โครงสร้าง และประสิทธิภาพ:

• พลาสติกชีวภาพแบบหยด: มีทางเคมีเหมือนกับพลาสติกทั่วไป (เช่น bio-PE, bio-PET) แต่ผลิตจากวัตถุดิบหมุนเวียน

• โพลีเมอร์ชีวภาพเชิงโครงสร้าง: คลาสใหม่ทั้งหมด (เช่น กรดโพลีแลกติก (PLA), โพลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (PHA), โพลีบิวทิลีนซัคซิเนต (PBS), โพลีบิวทิลีนซัคซิเนตอะดิเพต (PBSA))

• พลาสติกชีวภาพผสมหรือคอมโพสิต: การผสมโพลีเมอร์ชีวภาพกับเส้นใย สารตัวเติม หรือสารเติมแต่งเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

วัสดุเหล่านี้อาจย่อยสลายทางชีวภาพได้หรือไม่ก็ได้ สิ่งสำคัญคือการได้มาจากทรัพยากรหมุนเวียน

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์หลักและพารามิเตอร์

ด้านล่างนี้คือชุดข้อกำหนดเฉพาะของเกรดพลาสติกชีวภาพที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับการใช้งานบรรจุภัณฑ์ เพื่อแสดงข้อมูลทางเทคนิคประเภทต่างๆ ที่ระบุไว้โดยทั่วไป:

ตารางนี้แสดงวิธีการกำหนดพารามิเตอร์เกรดเฉพาะเพื่อเป็นแนวทางในการประมวลผล ประสิทธิภาพ และความเหมาะสมสำหรับการใช้งานเป้าหมาย เกรดดังกล่าวมักได้รับการปรับแต่งด้วยสารเติมแต่ง สารเพิ่มความคงตัว สารเติมนิวคลีเอตติ้ง หรือสารตัวเติมเพื่อปรับแต่งพฤติกรรม

ธีมกลางและวัตถุประสงค์
จุดมุ่งหมายหลักของบทความนี้คือเพื่อให้ธุรกิจ วิศวกร และนักยุทธศาสตร์ด้านความยั่งยืนมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับพลาสติกชีวภาพ — การสำรวจต้นกำเนิด ประโยชน์ กลไกการผลิต เส้นทางการใช้งาน ความท้าทาย และพลวัตของตลาด — เพื่อแจ้งการตัดสินใจนำไปใช้และกลยุทธ์นวัตกรรมในการเปลี่ยนแปลงสู่เศรษฐกิจพลาสติกที่ยั่งยืนมากขึ้น

เหตุใดจึงเลือกพลาสติกชีวภาพ

เหตุผลด้านสิ่งแวดล้อม

• รอยเท้าคาร์บอนที่ลดลง: เนื่องจากพลาสติกชีวภาพดึงคาร์บอนจากCO₂ในชั้นบรรยากาศในระหว่างการเจริญเติบโตของพืช โดยหลักการแล้ว พลาสติกเหล่านี้สามารถชดเชยการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้เมื่อเทียบกับพลาสติกที่ได้มาจากฟอสซิล

• การพึ่งพาทรัพยากรฟอสซิลที่ลดลง: การเปลี่ยนวัตถุดิบตั้งต้นจากน้ำมันและก๊าซไปเป็นชีวมวลหมุนเวียนช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการจัดหา

• ศักยภาพในการย่อยสลายทางชีวภาพหรือความสามารถในการย่อยสลายได้: โพลีเมอร์ชีวภาพบางชนิดสามารถสลายตัวภายใต้สภาวะที่ได้รับการควบคุม ซึ่งช่วยลดปริมาณการฝังกลบในระยะยาว

• การวางแนวเศรษฐกิจแบบวงกลม: พลาสติกชีวภาพสามารถบูรณาการเข้ากับกลยุทธ์การออกแบบแบบวงกลมเมื่อรวมกับระบบรีไซเคิลหรือการทำปุ๋ยหมัก

ข้อดีด้านประสิทธิภาพและฟังก์ชัน

• ความเท่าเทียมกันของวัสดุ: bio-PE หรือ bio-PET แบบหยดเข้าไปให้ประสิทธิภาพที่เหมือนกันกับวัสดุที่มาจากฟอสซิล ทำให้สามารถใช้อุปกรณ์ที่มีอยู่ได้

• คุณสมบัติที่ปรับแต่งได้: โพลีเมอร์ชีวภาพเชิงโครงสร้าง (เช่น PLA, PBS, PHA) สามารถปรับเปลี่ยนให้มีความแข็ง ความยืดหยุ่น สิ่งกีดขวาง หรือพฤติกรรมการย่อยสลายได้

• อุทธรณ์ของผู้บริโภค: ผลิตภัณฑ์ที่มีป้ายกำกับว่า "ผลิตจากพืช" หรือ "วัสดุหมุนเวียน" โดนใจผู้บริโภคที่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อม โดยให้คุณค่าทางการตลาด

• สิ่งจูงใจด้านกฎระเบียบ: รัฐบาลบางแห่งเสนอเครดิตภาษี เงินอุดหนุน หรือโควต้าสำหรับการใช้วัสดุหมุนเวียน ซึ่งอาจสนับสนุนให้มีการยอมรับ

ตัวขับเคลื่อนเศรษฐกิจและตลาด

• ความต้องการที่เพิ่มขึ้น: ผู้บริโภคและแบรนด์ทั่วโลกต้องการข้อกำหนดด้านบรรจุภัณฑ์ที่ยั่งยืนหรือเป้าหมาย ESG (สิ่งแวดล้อม สังคม และธรรมาภิบาล) มากขึ้น

• การสุกแก่ทางเทคโนโลยี: ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพ การเร่งปฏิกิริยา การหมัก และวิศวกรรมโพลีเมอร์กำลังลดต้นทุนและขยายตัวเลือกวัตถุดิบตั้งต้น

• ศักยภาพในการขยายขนาด: เมื่อขนาดเพิ่มขึ้น การประหยัดจากขนาดสามารถลดต้นทุนพลาสติกจากชีวภาพ และแข่งขันกับพลาสติกฟอสซิลได้อย่างแข็งแกร่งมากขึ้น

• การลดความเสี่ยง: การกระจายตัวออกจากตลาดวัตถุดิบฟอสซิลที่มีความผันผวนสามารถลดความเสี่ยงจากความผันผวนของราคาน้ำมันได้

พลาสติกชีวภาพได้รับการพัฒนา นำไปใช้ และจำหน่ายอย่างไร

ในส่วนนี้จะอธิบายขั้นตอนการปฏิบัติ ได้แก่ การเลือกวัตถุดิบ เทคนิคการผลิต การแปลง การใช้งานแอปพลิเคชัน และการปรับขนาด

การแปลงวัตถุดิบและชีวมวล

ประเภทวัตถุดิบ

• แหล่งแป้ง (ข้าวโพด มันสำปะหลัง ข้าวสาลี)

• พืชน้ำตาล (อ้อย, ซูการ์บีท)

• ชีวมวลเซลลูโลส (เยื่อไม้ เศษไม้ทางการเกษตร หญ้า)

• สาหร่ายและชีวมวลจุลินทรีย์

เส้นทางการแปลง

• การหมัก: จุลินทรีย์หมักน้ำตาลเป็นโมโนเมอร์ (เช่น กรดแลคติค กรดซัคซินิก) จากนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์

• การเปลี่ยนแปลงตัวเร่งปฏิกิริยา: ตัวกลางที่ได้มาจากชีวมวล (เช่น 5-HMF, ไบโอเอธานอล) แปลงผ่านการเร่งปฏิกิริยาเป็นโมโนเมอร์

• ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันทางเคมี: ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันมาตรฐาน (เช่น การเปิดวงแหวน การควบแน่น) ก่อให้เกิดสายโซ่โพลีเมอร์

• การผสมหรือการผสม: มีการนำสารเติมแต่ง สารตัวเติม เส้นใย ตัวเชื่อมโยงข้าม หรือสารเข้ากันได้มาใช้ในคุณสมบัติการตัดเสื้อ

การแปรรูปและการผลิตโพลีเมอร์

การประมวลผลละลาย

• การฉีดขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป การเป่าขึ้นรูป การอัดขึ้นรูปฟิล์ม การขึ้นรูปด้วยความร้อน — ส่วนใหญ่เหมือนกับพลาสติกทั่วไป

• พารามิเตอร์การประมวลผล (อุณหภูมิ แรงเฉือน การทำความเย็น) จะต้องได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม เนื่องจากความไวต่อความร้อนหรือการตกผลึกที่ช้าลงของไบโอโพลีเมอร์บางชนิด

กลยุทธ์การเสริม

• สารนิวเคลียส: เพื่อเร่งการตกผลึก (ปรับปรุงรอบเวลา)

• Plasticizers: เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นหรือความเหนียว

• ตัวดัดแปลงแผงกั้น: การเคลือบหรือการเคลือบเพื่อปรับปรุงแผงกั้นก๊าซ/ความชื้น

• สารเพิ่มความคงตัว / สารเติมแต่ง UV: เพื่อเพิ่มความทนทาน

หลังการประมวลผลและการตกแต่ง

• การพิมพ์ การเคลือบ การเคลือบ การติดกาว

• โครงสร้างหลายชั้น (ชั้นกั้นทางชีวภาพ + ชั้นกั้นทั่วไป) ในบรรจุภัณฑ์

โดเมนแอปพลิเคชันและกรณีการใช้งาน

พลาสติกชีวภาพถูกนำไปใช้มากขึ้นในหลายภาคส่วน ตัวอย่างบางส่วน:

• บรรจุภัณฑ์: ขวดอาหารและเครื่องดื่ม (bio-PET, bio-PE), ฟิล์ม, ถาด, ถุงที่ย่อยสลายได้

• เกษตรกรรม: ฟิล์มคลุมดิน ถาดเพาะกล้า กระถางต้นไม้ที่ย่อยสลายได้

• สินค้าอุปโภคบริโภค: กล่องอิเล็กทรอนิกส์ มีด แปรงสีฟัน เส้นใยสิ่งทอ

• ยานยนต์และการขนส่ง: แผงภายใน ส่วนประกอบตกแต่ง

• การแพทย์และสุขอนามัย: สิ่งของที่ใช้แล้วทิ้ง สารพาหะแบบควบคุมการปลดปล่อย

• การพิมพ์ 3 มิติและการสร้างต้นแบบ: เส้นใยจาก PLA ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตแบบเติมเนื้อ

เมื่อเลือกวัสดุชีวภาพสำหรับการใช้งานเฉพาะ วิศวกรจะต้องชั่งน้ำหนักปัจจัยต่างๆ เช่น ความแข็งแรงเชิงกล ประสิทธิภาพของอุปสรรค ความเสถียรทางความร้อน ต้นทุนการผลิต การปฏิบัติตามกฎระเบียบ (เช่น การสัมผัสกับอาหาร) และสถานการณ์การสิ้นสุดอายุการใช้งาน

การเข้าสู่ตลาดและการปรับขนาดเชิงพาณิชย์

ความท้าทายในเชิงพาณิชย์

• ช่องว่างด้านต้นทุน: เมื่อพลาสติกที่ทำจากฟอสซิลยังคงมีราคาถูกกว่า ชีวภาพจะต้องพิสูจน์ความพรีเมียมผ่านการเล่าเรื่องหรือกฎระเบียบด้านความยั่งยืน

• การแข่งขันด้านวัตถุดิบ: โพลีเมอร์จากชีวภาพแข่งขันกับอาหาร ที่ดิน และการใช้ชีวมวลอื่นๆ

• ความเข้ากันได้ของโครงสร้างพื้นฐาน: ระบบการรีไซเคิลหรือการทำปุ๋ยหมักต้องมีการพัฒนาเพื่อรองรับวัสดุใหม่

• ข้อเสียด้านประสิทธิภาพ: ไบโอโพลีเมอร์บางชนิดอาจมีประสิทธิภาพต่ำกว่าเกณฑ์วัดบางอย่าง (เช่น ความเหนียว สิ่งกีดขวาง)

• การประสานกันด้านกฎระเบียบ: มาตรฐาน การรับรอง การติดฉลากความสามารถในการย่อยสลายได้ต้องสอดคล้องกันในระดับภูมิภาค

กลยุทธ์ในการขยายขนาด

• การประเมินมูลค่าผลิตภัณฑ์ร่วม: การใช้ชีวมวลที่เหลือหรือผลิตภัณฑ์ด้านข้างเพื่อลดต้นทุนโดยรวม

• โมเดลความร่วมมือ: การเป็นพันธมิตรกับแบรนด์ ผู้แปรรูป บริษัทจัดการขยะ

• การทดแทนส่วนเพิ่ม (หยด): ค่อยๆ แทนที่ปริมาณพอลิเมอร์ฟอสซิลด้วยปริมาณที่หมุนเวียนได้

• การลงทุนในการวิจัยและพัฒนา: กำหนดเป้าหมายไปที่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้รับการปรับปรุง ผลผลิตโมโนเมอร์ และวิศวกรรมเอนไซม์

• การสร้างความแตกต่างของตลาด: การสร้างแบรนด์ การรับรอง (เช่น ISCC PLUS, วิธีการของ USP) เพื่อสร้างความไว้วางใจ

ตัวอย่างเส้นทางการรับเลี้ยงบุตรบุญธรรม

1. การผลิตนำร่องในปริมาณน้อย

2. ความร่วมมือกับแบรนด์เฉพาะกลุ่มหรือแบรนด์ที่มีกำไรสูง (เช่น อาหารพรีเมียม เครื่องสำอาง)

3. การรับรองการตรวจสอบประสิทธิภาพ

4. ขยายไปสู่การยอมรับแบรนด์กระแสหลัก

5. การบูรณาการเข้ากับห่วงโซ่อุปทานที่กว้างขึ้น

คำถามที่พบบ่อย (FAQ) เกี่ยวกับพลาสติกชีวภาพ

คำถามที่ 1: พลาสติกชีวภาพสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้หรือไม่
ตอบ 1: ไม่ คำว่า "ชีวภาพ" หมายถึงต้นกำเนิดของคาร์บอนเท่านั้น (ชีวมวลหมุนเวียน) ไม่ใช่ว่าโพลีเมอร์สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้หรือไม่ พลาสติกชีวภาพบางชนิด เช่น bio-PE หรือ bio-PET มีสารเคมีเหมือนกันกับฟอสซิลและไม่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ สารอื่นๆ เช่น PLA, PHA หรือโพลีเอสเตอร์ดัดแปลงบางชนิด สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ภายใต้การทำปุ๋ยหมักทางอุตสาหกรรมหรือในสภาวะที่มีการควบคุม ต้องให้ความเอาใจใส่อย่างระมัดระวังกับฉลากและการรับรอง: “แบบชีวภาพ” ≠ “แบบย่อยสลายได้” หรือ “แบบย่อยสลายได้ทางชีวภาพภายใต้สภาวะแวดล้อม”

คำถามที่ 2: ต้นทุนของพลาสติกชีวภาพเทียบกับพลาสติกทั่วไปเป็นอย่างไร
ตอบ 2: ในอดีต พลาสติกชีวภาพมีราคาแพงกว่าพลาสติกจากฟอสซิล เนื่องจากการประหยัดจากขนาดที่ต่ำกว่า การขนส่งวัตถุดิบที่ซับซ้อนมากขึ้น และขั้นตอนการแปรรูปหรือการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการผลิตมีขนาดใหญ่ขึ้น การปรับปรุงทางเทคโนโลยีจึงช่วยลดต้นทุนลง นอกจากนี้ การสนับสนุนด้านกฎระเบียบ การกำหนดราคาคาร์บอน หรือความเต็มใจของผู้บริโภคที่จะจ่ายเพื่อความยั่งยืนสามารถชดเชยส่วนต่างต้นทุนได้ ในหลายกรณี พลาสติกชีวภาพในปัจจุบันมีการแข่งขันด้านต้นทุนในกลุ่มเฉพาะหรือกลุ่มพรีเมียม และช่องว่างยังคงแคบลง

แนวโน้มในอนาคต โอกาส และคำแนะนำ

เทรนด์ใหม่

• วัตถุดิบตั้งต้นยุคใหม่: เพิ่มการใช้ชีวมวลที่ไม่ใช่อาหาร เช่น สารตกค้างลิกโนเซลลูโลส สาหร่าย สารตัวกลางที่ได้มาจาก CO₂

• ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพ: วิศวกรรมเอนไซม์ ชีววิทยาสังเคราะห์ กลุ่มจุลินทรีย์จะผลักดันผลผลิตที่สูงขึ้นและต้นทุนที่ลดลง

• วัสดุและคอมโพสิตผสม: การผสมผสานไบโอโพลีเมอร์กับเส้นใยธรรมชาติ นาโนเซลลูโลส กราฟีน หรือตัวเติมแร่ธาตุ เพื่อเพิ่มสมรรถนะทางกลและอุปสรรค

• บูรณาการการออกแบบแบบวงกลมและการรีไซเคิล: ปรับปรุงความสามารถในการรีไซเคิล เส้นทางการรีไซเคิลสารเคมี และวงจรที่ย่อยสลายได้ในดิน

• แรงผลักดันด้านกฎระเบียบและนโยบาย: การห้ามใช้พลาสติกแบบใช้ครั้งเดียวที่เข้มงวดมากขึ้น ข้อบังคับสำหรับเนื้อหารีไซเคิลหรือหมุนเวียนในบรรจุภัณฑ์ คาร์บอนเครดิต

• การแพร่กระจายของตลาด: การกล่าวอ้างเนื้อหาจากชีวภาพกลายเป็นมาตรฐาน การให้คะแนนด้านความยั่งยืนในการจัดซื้อจัดจ้าง การขยายขนาดของความต้องการของผู้บริโภค

ความท้าทายที่ต้องเอาชนะ

• ความสามารถในการขยายขนาดวัตถุดิบตั้งต้นและความยั่งยืน: รับประกันว่าเกษตรกรรมชีวมวลไม่นำไปสู่การตัดไม้ทำลายป่า การปลูกพืชเชิงเดี่ยว หรือการแข่งขันกับระบบอาหาร

• ข้อจำกัดในการประมวลผล: จลนพลศาสตร์ของการตกผลึกที่ช้าลง ความไวต่อความร้อน ความไวต่อความชื้น ต้องใช้โซลูชันการประมวลผลขั้นสูง

• ความเข้ากันได้กับระบบรีไซเคิล: วัสดุที่ไม่เข้ากันอาจทำให้คุณภาพของกระแสรีไซเคิลลดลง

• การแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง: ในการใช้งานหนัก อุณหภูมิสูง หรือโครงสร้าง โพลีเมอร์ชีวภาพอาจยังไม่เหมาะกับทางเลือกปิโตรเคมี

• ความซับซ้อนของมาตรฐานและการรับรอง: การรับรองการติดฉลากที่น่าเชื่อถือ การตรวจสอบการประเมินวงจรชีวิต (LCA) และการตรวจสอบโดยบุคคลที่สาม

คำแนะนำเชิงกลยุทธ์สำหรับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในอุตสาหกรรม

• เริ่มต้นด้วยโซลูชันแบบผสมหรือแบบหยด: แทนที่เนื้อหาฟอสซิลบางส่วนด้วยเนื้อหาที่หมุนเวียนได้ ในขณะที่ยังคงรักษาความเข้ากันได้

• ทำงานร่วมกันข้ามห่วงโซ่คุณค่า: ทำงานร่วมกับเกษตรกร ซัพพลายเออร์ชีวมวล ผู้แปรรูป แบรนด์ ผู้รีไซเคิล เพื่อสร้างระบบนิเวศแบบบูรณาการ

• ลงทุนในการขยายขนาดแบบโมดูลาร์: บุกเบิกโรงงานขนาดกลางก่อนจะขยายขนาดขนาดใหญ่ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยง

• ใช้ประโยชน์จากการสร้างแบรนด์และความโปร่งใส: ใช้การรับรองที่น่าเชื่อถือ เผยแพร่ LCAs ดึงดูดผู้บริโภคด้วยเรื่องราวเกี่ยวกับความยั่งยืนที่โปร่งใส

• ติดตามการเปลี่ยนแปลงนโยบาย: ติดตามสิ่งจูงใจ มาตรฐาน การห้าม เงินอุดหนุนในตลาดเป้าหมาย

• นำร่องและตรวจสอบในตลาดเฉพาะกลุ่ม: อัตรากำไรสูงหรือกลุ่มที่ขับเคลื่อนด้วยกฎระเบียบ (เช่น อาหารพรีเมียม เครื่องสำอาง อุปกรณ์ทางการแพทย์) เพื่อสร้างความน่าเชื่อถือ

สรุปและคำกระตุ้นการตัดสินใจ

พลาสติกชีวภาพนำเสนอเส้นทางที่น่าสนใจสู่เศรษฐกิจวัสดุที่ยั่งยืนมากขึ้น ผสมผสานแหล่งกำเนิดที่หมุนเวียนได้ มูลค่าของแบรนด์ และศักยภาพในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ขณะเดียวกันก็นำเสนอความยืดหยุ่นทางวิศวกรรมและความเข้ากันได้กับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ 

ในฐานะผู้พัฒนาและผู้ผลิตที่จัดตั้งขึ้นเจียงซูจินเหอมุ่งมั่นที่จะพัฒนาวิทยาศาสตร์และการพาณิชย์ของโซลูชั่นพลาสติกชีวภาพคุณภาพสูง สำหรับข้อมูลจำเพาะโดยละเอียด การวิจัยร่วมกัน สูตรเฉพาะ หรือความร่วมมือด้านซัพพลายเชน โปรดติดต่อเรา— เรายินดีรับฟังการหารือและความร่วมมือเพื่อผลักดันการนำวัสดุที่ยั่งยืนมาใช้ในวงกว้าง