Produkcja biotworzyw

Innowacyjne rozwiązania do produkcji zrównoważonych biopolimerów

Technologia oddzielania Flottweg do przemysłowej produkcji plastiku biopochodnego

Tworzywa sztuczne są nieodłącznym elementem naszego codziennego życia. Znajdują się one w niemal wszystkich przedmiotach, z którymi mamy codziennie styczność. Jednak konwencjonalne tworzywa sztuczne są wytwarzane z kopalnych nośników energii, takich jak ropa naftowa, i powodują znaczne problemy środowiskowe zarówno podczas produkcji, jak i utylizacji.

Zrównoważonym, a tym samym przyszłościowym rozwiązaniem są biotworzywa – zwane również bioplastikiem. Są produkowane z surowców odnawialnych, takich jak skrobia kukurydziana, trzcina cukrowa i oleje roślinne, bezpośrednio lub za pomocą fermentacji przez mikroorganizmy. Te biotworzywa stanowią obiecującą alternatywę, ponieważ są biodegradowalne i zużywają mniej zasobów. Biotworzywa to ważny krok w kierunku bardziej zrównoważonej przyszłości, w której nadal będziemy mogli korzystać z zalet tworzyw sztucznych bez obciążania środowiska problemami konwencjonalnych tworzyw sztucznych, takimi jak wysoki ślad węglowy i mikroplastik.

Flottweg wspiera producentów biopochodnych tworzyw sztucznych w dalszej obróbce za pomocą najbardziej innowacyjnej technologii oddzielania. Niezależnie od tego, czy chodzi o oddzielanie biomasy od kwasów organicznych, takich jak kwas mlekowy, czy też oddzielanie biopolimerów, takich jak polihydroksyalkanoiany (PHA) jako produkt końcowy.

Nasze maszyny do przemysłowej produkcji biotworzyw

W jaki sposób biotworzywa są produkowane przemysłowo?

Produkcja kwasu polimlekowego/polilaktydu (PLA)

PLA (Polylactic Acid), polimer kwasu mlekowego, jest jednym z najbardziej znanych biodegradowalnych tworzyw sztucznych produkowanych z takich surowców jak skrobia kukurydziana lub trzcina cukrowa.

W głównym etapie procesu, czyli fermentacji, surowce zawierające skrobię są przekształcane przez mikroorganizmy, takie jak bakterie lub drożdże, w kwas mlekowy. Następnie roztwór fermentacyjny jest oczyszczany w separatorze, a kwas mlekowy jest ekstrahowany. Alternatywnie można w tym celu zastosować dekanter. Jeśli odpadowa biomasa zostanie ponownie przemyta za separatorem, pozostały kwas mlekowy może zostać oddzielony przez wirówkę Sedicanter®, co poprawi ogólną wydajność. Izolowany kwas mlekowy jest przekształcany w PLA w wyniku polimeryzacji, a następnie suszony. Różne dodatki mogą modyfikować odpowiednie właściwości materiałowe surowca PLA, dzięki czemu może on być wykorzystywany w szerokim zakresie zastosowań.

Kwas polimlekowy jest najczęściej stosowany do opakowań i dlatego stanowi alternatywę dla klasycznych materiałów opakowaniowych PE i PP. PLA jest obecnie również niezbędny w rolnictwie, medycynie i druku 3D.

Przykładowy proces produkcji PLA

Produkcja polihydroksyalkanoianów (PHA)

PHA (polihydroksyalkanoian) opisuje nadgrupę biopolimerów, które w określonych warunkach tworzą się w mikroorganizmach jako substancja rezerwowa. Podobnie jak w przypadku PLA, podstawę fermentacji stanowią surowce naturalne. Oprócz źródeł skrobi do syntezy PHA mogą być wykorzystywane oleje, tłuszcze oraz gazy węglowe, takie jak CO₂ lub metan.

Na początku fermentacji wybrany mikroorganizm jest kultywowany w podłożu hodowlanym, aż do osiągnięcia wymaganej gęstości komórek. Z powodu pewnych warunków niedoboru i nadwyżki węgla (np. przez olej) rozpoczyna się wewnątrzkomórkowa biosynteza PHA. Po kultywacji biomasa jest oddzielana od wywaru fermentacyjnego za pomocą specjalnie opracowanego przez firmę Flottweg separatora dyszowego. Aby uwolnić biopolimer zawarty w komórce, mikroorganizmy są rozkładane (liza komórek), a następnie myte. Podczas każdego etapu mycia PHA jest oddzielany od pozostałych składników komórek, które pozostają w fazie ciekłej, za pomocą separatora dyszowego.

Po ostatnim etapie mycia stosuje się dekanter, ponieważ uzyskana masa sucha PHA jest wyższa, a tym samym korzystniejsza dla kolejnego suszenia. Zastosowanie różnych mikroorganizmów i głównych surowców może zmieniać właściwości chemiczne PHA i aktywnie na nie wpływać. Ogólnie rzecz biorąc, PHA jest używany podobnie jak PLA jako zamiennik PE i PP.

Unikatową cechą PHA jest szybki rozkład w naturalnych warunkach środowiskowych. Rozkłada się w ciągu kilku tygodni bez pozostawiania śladów w glebie lub wodzie morskiej, co eliminuje problem konwencjonalnych tworzyw sztucznych z mikroplastikiem.

Przykładowy proces produkcji PHA

Korzyści w produkcji biopochodnych tworzyw sztucznych: