Co jsou to bioplasty
Jak jsme již zmínili v našem předešlém článku, každý plast se skládá z mnoha dlouhých polymerních řetězců, které jsou navzájem provázané, popřípadě propojené. Tato charakteristika platí jak pro „obyčejné“ plasty, tak i pro bioplasty. Z tohoto hlediska jsou bioplasty menší podskupinou velké rodiny plastů.
Proto, aby materiál splňoval definici bioplastu, musí splnit alespoň jednu ze dvou charakteristik a to, že je 1) v přírodě rozložitelný nebo 2) vyrobený z přírodních látek. Proto se nedá v každém případě počítat s tím, že by se bioplast ve volné přírodě rozložil. Zároveň se nedá ani říct že se jedná o ekologičtější alternativu k fosilním plastům z pohledu výroby ani dopadů na životní prostředí. Mezi bioplasty se nepočítají plasty, které jsou chemicky totožné s přírodními látkami, ale vyrábějí se z ropných fragmentů a jsou zároveň nerozložitelné. Příkladem takovéhoto plastu je polystyren, který lze vyrábět z mízy Ambroně východního, ovšem dnes se vyrábí převážně jen z ropy.
Rozložitelnost v přírodě?
Rozložitelnost v přírodě se na první pohled může zdát jako spásná myšlenka, která vyřeší celkový problém s plasty a znečišťováním přírody. Na jednu stranu by to v případě plastů, které se dostanou do půdních systémů či moří, částečně ulehčilo životnímu prostředí. Ve všech oceánech se totiž již nachází ostrov z odpadků o rozloze stovek tisíců kilometrů čtverečných, a právě plast je hlavní složkou tohoto odpadkového ostrova.
Na druhou stranu i bioplasty stále obsahují stopy potenciálně rizikových aditiv a plniv, které by stejně kontaminovaly půdu a vodu. Navíc i pro výrobu rozložitelných plastů je potřeba počáteční surovina, ať už je to ropa, či rostlinná složka, která při biologickém rozpadu zaniká společně s energií, která byla vložena do jejich výroby.
Zásadní informací, kterou doufám, že si každý čtenář z toho článku odnese, je, že volné pohazování bioplastů do přírody není rozhodně dobrým nápadem.
Průmyslové kompostování
Většina biorozložitelných plastů také není rozložitelná za normálních podmínek, ale musí se nacházet v podmínkách speciálních, kde je zvýšený tlak, teplota nebo určité pH půdy. Například jeden z nejznámějších biorozložitelný plastů PLA (poly-kyselina mléčná) je takzvaně „pouze“ průmyslově kompostovatelný. Tedy pokud jej vložíte do svého domácího kompostu, pak šance na jeho rozložení v obvyklém časovém horizontu je minimální. PLA potřebuje pro svůj rozklad specifické podmínky – teplotu okolo 60 °C a určité vlhkostní a mikrobiální prostředí. I za těchto podmínek je rozklad PLA většinou delší než u standardního bioodpadu a většina kompostáren jej nepřijímá, jelikož v případě neúplného rozložení z něj vznikají mikroplasty, které jsou stále možnou rostoucí hrozbou pro životní prostředí. Doba rozkladu je závislá na mnoha faktorech, jako je velikost materiálu nebo příměsi v plastu. Ale i v nejlepším případě je tato doba okolo 70 dnů, v rámci nichž se u standardních kompostáren na biologický odpad jedná o 4týdenní cykly. PLA se proto zatím nesmí vhazovat do biologického odpadu.
I když je výzkum prozatím neprůkazný, tak se zdá, že většina biorozložitelného plastu je přeměněna na malé množství materiálu prospěšného pro půdu, například u PLA se více než 50 % z celkové hmotnosti mění na CO2, který je jedním z hlavních skleníkových plynů, a zbytek na vodu či metan. V případě užití biorozložitelných plastů je stále energeticky a materiálově nejvýhodnějším zpracováním jeho recyklace, která je zejména u PLA možná. Bohužel v dnešní době se PLA v ČR nerecykluje, jelikož podíl PLA na trhu je pod 1 % a ještě v ČR neexistují technologie, které by jej byly schopné vyseparovat ze zbytku plastu.
Z pohledu cirkulární ekonomiky je další možností po recyklaci využít bioplastů na energetickou přeměnu, buď přímým spalováním, zplyňováním nebo zkapalňováním. Nejčastěji se využívají tzv. ZEVO (zařízení pro energetické využití odpadu), kde se nejen bioplast společně s dalším odpadem spálí. Spálením v ZEVO vzniká tepelná nebo elektrická energie, škvára a CO2, společně s dalšími zplodinami z aditiv či plniv. Tyto zplodiny jsou ve velké míře vyfiltrovány, jelikož podmínky, které ZEVO musí splňovat, jsou jedny z nejpřísnějších v celém energetickém průmyslu.
Když tedy porovnáme energetické využití s kompostováním, pak jednoznačně vychází spalování jako lepší možnost, protože problémy s aditivy a plnivy jsou rámcově porovnatelné, ale výhody energetického využití jasně předčí biorozložitelnost a její minimální přínos půdě jako hnojivo.
Oxo-biodegradovatelné plasty
Přírodní rozklad neboli biodegradabilita byla v posledních letech velkým tématem jak v plastovém průmyslu, tak i v oboru životního prostředí. Dlouhou dobu se velké šance dávaly tzv. oxo-degradovatelným plastům, které měly být schopné degradovat tradiční plasty jako PE, PP či PET za přístupu vzduchu pomocí přimíchaných katalyzátorů polymerního rozkladu. Tyto polymerní řetězce by měly být rozloženy za přístupu vzduchu na nižší chemické sloučeniny, které jsou biodegradovatelné pomocí bakterií, řas či hub. Po dlouhých vědeckých a soudních rozepřích budou zřejmě od roku 2021 oxo-biodegradovatelné plasty zakázané v celé EU. Míra jejich rozkladu byla totiž ve valné většině případů pouze na mikroplasty, které nebyly dále degradovatelné. Spory o jejich vlastnostech nicméně stále probíhají.
Výroba z přírodních látek
Mezi základní zdroje pro výrobu bio plastů z přírodních látek patří rostliny s vysokým podílem škrobu jako jsou kukuřice, cukrová třtina nebo cukrová řepa. Vývoj nadcházející generace bioplastů se zaměřuje na využití nejedlých přírodních surovin jako je dřevo, sláma, či odpadní zbytky z biologických procesů. Pro vznik bioplastu musí tyto zdroje projít několika chemickými reakcemi, fermentací, popřípadě bakteriální přeměnou pro vznik nižších chemických sloučenin (např. kyselina mléčná). Tyto sloučeniny se pomocí chemické reakce (polymerizace) spojí a vytvoří dlouhé polymerní řetězce.
Mezi hlavní kontroverzní témata v tomto případě patří využívání orné půdy pro sázení technických materiálů namísto sázení rostlin přímo určených pro jídlo, podobně jako u řepky olejky, která se využívá na výrobu olejů a bio-dieselu. Data od European-Bioplastics z roku 2019 uvádí, že v dnešní době se využívá pouze okolo 0,056 % (0,79 milionů ha) veškeré orné půdy pro účely výroby bioplastů, kterých se vyrobí zhruba 2,11 milionů tun. Pokud by se tedy teoreticky měla celková produkce plastů (zhruba 400 milionů tun) odpoutat od ropy, pak by bylo odhadem potřeba 10 % veškeré orné půdy.
Hodně nadějí se nyní vkládá do metod, které by byly schopny využít odpadní materiály z čističek odpadních vod nebo z bioplynových stanic na výrobu bioplastů. Bohužel veškeré tyto metody jsou stále ve fázi vývoje. Jakmile budeme schopni odloučit výrobu bioplastů od orné půdy a jiných drahocenných zdrojů, pak samozřejmě celková udržitelnost a náročnost bioplastů na přírodu bude daleko nižší.
Energie, voda a bioplasty
Další kontroverzí je spotřeba vody a energií nutná pro výrobu bioplastů v porovnání s plasty z fosilních paliv. O tomto tématu se stále vede žhavá diskuse v odborných kruzích, jelikož vývoj technologií a využití rozdílných druhů rostlin významně ovlivňuje výslednou energetickou náročnost daného bioplastu. Jedním z nejlepších ukazatelů energetické a environmentální náročnosti jsou tzv. LCA (z angličtiny Life Cycle Assessment = posouzení životního cyklu), které pokrývají jednotlivé kroky nutné pro výrobu, využití až po konečné zpracování a jejich energetickou a environmentální náročnost.
Pro představu: Každý krok od sadby přes hnojení po sklizeň je relativně energeticky náročným procesem, který potřebuje velké množství vody. Na druhou stranu, jisté množství CO2 se ukládá do rostliny pomocí fotosyntézy, čímž se alespoň částečně snižuje dopad na CO2 emise. V případě užití plastů z přírodních látek na funkce se středně a dlouhodobým použitím (například vodovodní trubky, díly do aut nebo stavební materiál), tak to lze považovat za formu ukládání CO2, které je nutné pro zmírnění globálních změn klimatu.
Jsou bioplasty spásou lidstva?
Mají tedy bioplasty v současném světě své místo a jsou doopravdy tak “bio”, jak se prezentují? Plně rozložitelné plasty mají jistě své místo, například jejich využití při kontaktu s biologickým materiálem by bylo naprosto ideální, jelikož by mohly být dohromady kompostovatelné. Mezi podobné výrobky by šly řadit kávové kapsle, pytle na bioodpad či cigaretové nedopalky. V ostatních případech se zdá biologický rozpad podřadný druhotnému materiálovému využití nebo dále energetickému využití v ZEVO, protože při porovnání ZEVO s rozkladem v přírodě jsou jasně vidět výhody výroby energie oproti minimálnímu prospěchu pro půdu při rozložení plastu. Co se týče potenciálně škodlivých aditiv, při rozkladu se dostávají do půdy bez možné filtrace, v rámci ZEVO jsou nastaveny relativně účinné filtrační jednotky a jedny z nejpřísnějších emisních limitů.
V rámci využití rostlin na výrobu plastů stále koluje mnoho nejasností, jestli je se doopravdy jedná o energeticky výhodnější zpracování než při využití ropy. Na druhou stranu, pokud chceme dosáhnout udržitelného průmyslu, budeme muset nalézt jiné možnosti než využívání ropy, které bude dříve či později nedostatek. Jedním z možných řešení je využití organického materiálu společně s účinnou recyklací, opětovného využívání materiálů a celkového snížení objemu produkovaného odpadu.
Doplňující literatura a komentář Lenky Mynářové, předsedkyně správní rady INCIEN: ” BIODEGRADABILITY OF PLASTICS IN THE OPEN ENVIRONMENT je vědecký názor. Stačí proletět souhrn, který už sám ukazuje názor expertů na biodegradabilní plasty. A je v něm jasně napsáno, co musí být splněno, aby takové aktivity měly vůbec smysl – způsob výroby biopolymerů a plastů, použití, labeling, sběr odpadů, end of life…. Je to bez emocí a je z toho jasné, že je to cesta opravdu pro několik kategorií produktů – jako obaly na bioodpad, náhrada mikroplastů… apod. Ale není to instantní a není to moderní pohádka jak spasíme ihned svět.”
Autoři: Albert Schandl, Lukáš Václavík
