พลาสติกย่อยสลายได้อาจเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพหรือเชื้อเพลิงฟอสซิลก็ได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการผลิตพลาสติกชนิดใหม่เพื่อแก้ไขปัญหามลพิษจากพลาสติก โดยพยายามลดระยะเวลาในการย่อยสลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพในปัจจุบันทั้งหมดจะบรรลุเป้าหมายนี้
คำจำกัดความของพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพคือพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ด้วยการกระทำของจุลินทรีย์เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ เช่น น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ ในระยะเวลาที่เหมาะสมเวลาที่ต้องใช้ในการย่อยสลายอย่างสมบูรณ์นั้นขึ้นอยู่กับวัสดุ สภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและความชื้น และตำแหน่งของการสลายตัวตาม Biodegradable Products Institute (BPI pg. 2)
พลาสติกที่ย่อยสลายได้คือพลาสติกที่ย่อยสลายทางชีวภาพได้อย่างรวดเร็วและกลายเป็นฮิวมัสที่ไม่ปนเปื้อนจากโลหะ พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพบางชนิดไม่สามารถย่อยสลายได้ มีแค่บางส่วนเท่านั้น
วัสดุต้องเป็นไปตามข้อกำหนด ASTM D6400 หรือ D6868 จึงจะเรียกว่าย่อยสลายได้ทางชีวภาพและย่อยสลายได้บนบก และตรงตามข้อกำหนด ASTM D7081 สำหรับสภาพแวดล้อมทางทะเล ASTM เป็นกลุ่มมาตรฐานผลิตภัณฑ์ระดับโลก
พลาสติกโพลีสเตอร์ชีวภาพที่ย่อยสลายทางชีวภาพ
พลาสติกที่ได้มาจากพืชเรียกว่าพลาสติกชีวภาพ ไม่ใช่ทั้งหมดที่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ เช่น มีขวด PET ชีวภาพที่ออกแบบให้มีความทนทานพลาสติกชีวภาพที่ย่อยสลายทางชีวภาพทำจากวัสดุสองชนิด: ชีวมวลและโพลีสเตอร์ที่ได้มาจากพืช โพลีสเตอร์ชีวภาพมีสองประเภท: กรดโพลีแลกไทด์ (PLA) และโพลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (PHA)
โพลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (PHA)
PHA ผลิตตามธรรมชาติโดยแบคทีเรียและพืชดัดแปลงพันธุกรรม (GMO) แต่มีแผนจะทดลองผลิตจากเศษอาหาร Polyhydroxybutyrate หรือ PHB ก็เป็น PHA ชนิดหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย PHA มีราคาแพงในการผลิตเนื่องจากแบคทีเรียสามารถผลิตได้ในปริมาณจำกัด
- การใช้งาน:PHA ใช้เป็นกระดาษห่ออาหาร ถ้วย จาน เคลือบกระดาษและกระดาษแข็ง และ 'การใช้งานทางการแพทย์หลายอย่าง รวมถึงการเย็บแผล ผ้ากอซ และการเคลือบยา' ตามรายงานของศูนย์ความร่วมมืออุตสาหกรรมและการศึกษา (รายงาน CIEC) สามารถใช้แทนพลาสติกประเภทเชื้อเพลิงฟอสซิลส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน เช่น PE, PS, PVC และ PET ชี้ให้เห็นถึง Bio Based Press
- พลาสติกผสมแป้ง/เซลลูโลส PHA: สินค้าพลาสติกบางชนิดทำจาก PHA ทั้งหมด เช่น ในกรณีของขวดน้ำ หมายเหตุ Bio Based Press อย่างไรก็ตามเนื่องจากการผลิต PHA มีราคาแพง จึงนำมาผสมกับแป้งและเซลลูโลสด้วยเพื่อให้ประหยัดมากขึ้น สิ่งนี้มีข้อดีเพิ่มเติมในการปรับปรุงอัตราการย่อยสลายตามข้อมูลจาก Dartmouth Undergraduate Journal of Science (DUJS)
- การย่อยสลายทางชีวภาพ: สามารถย่อยสลายได้อย่างสมบูรณ์ในสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยจุลินทรีย์และเชื้อรา โดยเฉพาะในดิน จุลินทรีย์เหล่านี้จะสลาย PHA ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ ระยะเวลาที่จำเป็นในการย่อยสลายขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของจุลินทรีย์ในสิ่งแวดล้อม
- PHA ใช้เวลาสองเดือนในการย่อยสลายในสวนหลังบ้าน ตามรายงานของ Bio Based Press
- อัตราการสลายตัวจะช้ากว่ามากในน้ำทะเล โดยที่ CalRecycle จะเพิ่มเข้าไปน้อยกว่า 50% หลังจากผ่านไปหกเดือน (หน้า 6) PHA ผ่านการทดสอบ ASTM D7081 โดยแสดงการสลายตัว 30% ในหกเดือน (หน้า 7)
กรดโพลีแลกไทด์ (PLA)
DUJS อธิบายว่า PLA คือเทอร์โมพลาสติกที่ทำผ่านการหมักโดยแบคทีเรีย จริงๆ แล้ว PLA เป็นสายโซ่ยาวของโมเลกุลกรดแลคติคจำนวนมาก เนื่องจากมีหลายวิธีในการผลิตกรดแลคติคที่ไม่แพง จึงต้องทำปฏิกิริยาโพลีเมอร์หรือการเชื่อมติดกันเท่านั้น ดังนั้น PLA จึงมีราคาถูกกว่า PHA อย่างไรก็ตาม PLA นั้นเปราะและการใช้งานนั้นถูกจำกัดมากกว่า PHA ผู้ผลิตแก้ไขปัญหานี้โดยการใส่สารเติมแต่งหรือโพลีเมอร์เข้าไป
- Uses: ทำเป็นถุงใส่ของชำ บรรจุภัณฑ์อาหาร ขวด ถ้วย และจาน เนื่องจากสลายตัวได้ดีเมื่อมีกรด จึงถูกนำมาใช้ในการใช้งานทางการแพทย์บางอย่าง เช่น ไหมเย็บแผลและแผ่นเพลท ซึ่งจะละลายหลังจากผ่านไป 90 วัน บันทึกรายงานของ CIEC นอกจากนี้ยังใช้ในการพิมพ์วัตถุสามมิติอีกด้วย
- PLA และการผสมโพลีเมอร์: PHA ยังสามารถผสมกับโพลีเมอร์จากแหล่งหมุนเวียนได้เพื่อปรับปรุงคุณภาพตาม DUJS
- การย่อยสลายทางชีวภาพ: PLA ไม่สามารถย่อยสลายได้ง่ายในสวนหลังบ้าน เนื่องจากไม่มีอุณหภูมิและระดับน้ำที่ต้องการในสภาพแวดล้อมนี้
- PLA อาจใช้เวลาหก-12 เดือนในการย่อยสลายในดิน
- PLA ใช้เวลาสาม-หกเดือนในการย่อยสลายในสิ่งอำนวยความสะดวกเชิงพาณิชย์ World Centric ตั้งข้อสังเกต
- เมื่อการสลายตัวเกิดขึ้นเมื่อมีออกซิเจน ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
- หากการย่อยสลายของ PLA เกิดขึ้นในหลุมฝังกลบที่ไม่มีออกซิเจน จะทำให้เกิดก๊าซมีเทนที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 20 เท่าซึ่งมากกว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของ American Chemical Society (หน้า 2)
- PLA ไม่ผ่านการทดสอบ ASTM D7081 เนื่องจากมีเพียง 3% ที่สลายตัวในน้ำทะเลหลังจากหกเดือนตาม CalRecycle (pg. 7)
เนื่องจาก PLA ไม่สลายตัวอย่างรวดเร็วในดินหรือน้ำทะเล สิ่งนี้อาจกลายเป็นปัญหาได้เมื่อทิ้งขยะ
พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพจากชีวมวล
พลาสติกจากชีวมวลทำจากแป้งและเซลลูโลสที่ได้จากเศษพืชและไม้จากต้นไม้
เซลลูโลสอะซิเตท
Cellulose acetate (CA) เป็นผลิตภัณฑ์สังเคราะห์ที่ได้มาจากเซลลูโลสที่พบในแต่ละส่วนของโรงงาน ปัจจุบันเซลลูโลสถูกนำมาใช้จากฝ้าย ไม้ และเศษพืชผล ตามรายงานทางวิทยาศาสตร์ปี 2018 สามารถใช้ขึ้นรูปพลาสติกแข็งขึ้นรูป ตัวกรองบุหรี่ สารเคลือบ ฟิล์มถ่ายภาพ และตัวกรอง กระดาษแก้วเป็นฟิล์มย่อยสลายทางชีวภาพที่ผลิตจากเซลลูโลส มีการวิจัยใหม่อย่างต่อเนื่องเพื่อค้นหาฟิล์มพลาสติกใหม่จากพืชเหลือใช้และวัสดุไม้ที่กันน้ำและย่อยสลายได้ทางชีวภาพตามข้อมูลของ Phys.org
ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ: การวิจัยแสดงให้เห็นว่า CA ย่อยสลายและลดน้ำหนักลง 70% ของน้ำหนักหลังจากผ่านไป 18 เดือนตามธรรมชาติ
แป้ง
บันทึกการทบทวนปี 2017 แป้งได้รับการบำบัดด้วยความร้อน น้ำ และพลาสติกเพื่อผลิตเทอร์โมพลาสติก เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงจึงรวมเข้ากับฟิลเลอร์ที่ทำจากวัสดุอื่น แหล่งที่มาหลักของแป้ง ได้แก่ ข้าวโพด ข้าวสาลี มันฝรั่ง และมันสำปะหลัง พลาสติกนี้ถูกนำมาใช้ในบรรจุภัณฑ์ ถุง และฟิล์มคลุมดินทางการเกษตร เครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร กระถางดอกไม้ และขึ้นรูปเพื่อใช้เป็นบรรจุภัณฑ์และสินค้าอุปโภคบริโภค มันถูกมองว่าเป็นทางเลือกสำหรับโพลีสไตรีน (PS) ตามข้อมูลจาก Food Packaging Forum มีการเติมแป้งลงในพลาสติกชีวภาพและพลาสติกทั่วไปเพื่อให้ย่อยสลายได้ทางชีวภาพมากขึ้น ตามรายงานของ Phys ประจำปี 2017
ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ: พลาสติกที่ทำจากแป้งสามารถย่อยสลายได้หรือย่อยสลายได้ทางชีวภาพเท่านั้น ตัวแปรที่ย่อยสลายได้ต้องใช้เวลา 90 วันในการย่อยสลายในโรงงานอุตสาหกรรม ในขณะที่แบบที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพต้องใช้เวลา 100 วันในการย่อยสลาย 46% และใช้เวลานานถึงสองปีในการย่อยสลายอย่างสมบูรณ์
พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพจากเชื้อเพลิงฟอสซิล
ตามคู่มือพลาสติกชีวภาพ มีพลาสติกเชื้อเพลิงฟอสซิลชนิดใหม่จำนวนหนึ่งที่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้เช่นกัน สารที่พบบ่อยที่สุดคือ Polybutylene succinate (PBS), Polycaprolactone (PCL), Polybutyrate adipate terephthalate (PBAT) และ Polyvinyl Alcohol (PVOH/PVA)
- PBATเป็นโพลีเมอร์ที่ผลิตจากอนุพันธ์เชื้อเพลิงฟอสซิล และบางครั้งก็ใช้ร่วมกับแป้ง มีความพยายามในการผลิตโพลีเมอร์นี้จากแหล่งหมุนเวียน คู่มือพลาสติกชีวภาพใช้แทน LDPE และ HDPE ใช้ทำถุงขยะ ฟิล์มห่อ บรรจุภัณฑ์แบบใช้แล้วทิ้งและเครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร (ถ้วย จาน ฯลฯ) ไม่เพียงแต่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้แต่ยังสามารถย่อยสลายได้
- PCL เป็นโพลีสเตอร์สังเคราะห์ที่ใช้ทำถุงที่ย่อยสลายได้ในการใช้งานทางการแพทย์ (เย็บและเส้นใย) เป็นสารเคลือบพื้นผิว กาวสำหรับรองเท้าและเครื่องหนัง และสารทำให้แข็งสำหรับรองเท้าและ เฝือกกระดูกและข้อพลาสติกนี้สามารถย่อยสลายได้ด้วยยีสต์ ฟิล์มมากกว่า 90% และโฟม 40% ที่ทำจากวัสดุนี้สามารถย่อยสลายได้ภายใน 15 วัน
- PBS เป็นเรซินที่ผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิลหรืออาจเป็นฐานชีวภาพก็ได้ตามความซัคซินิตี้ (หน้า 1, 5) สามารถใช้ร่วมกับโพลีเมอร์หรือเส้นใยชีวภาพอื่นๆ เช่นปอกระเจาเพื่อปรับปรุงคุณภาพได้ PBS ใช้ในการผลิตบรรจุภัณฑ์อาหาร ภาชนะบริการ แผ่นคลุมดินทางการเกษตร กระถางต้นไม้ ผลิตภัณฑ์สุขอนามัย เช่น ผ้าอ้อม และอวนจับปลา
- PVOH เป็นเรซินที่สามารถนำมาใช้ทำฟิล์มบรรจุภัณฑ์ที่สามารถใช้ทดแทน LDPE และ HDPE การใช้งานที่สำคัญอื่นๆ ของมันคือการเคลือบและสารเติมแต่งสำหรับการผลิตกระดาษและแผ่นกระดานตาม Food Packaging Forum
พลาสติกจากเชื้อเพลิงฟอสซิลทั้ง 4 ชนิดสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ในสามเดือนในการหมักทางอุตสาหกรรม ในหนึ่งปีในการหมักปุ๋ยในสวนหลังบ้าน และในหนึ่งถึงสองปีในดิน/หลุมฝังกลบตาม InnProBio (หน้า 4)
การรีไซเคิลและการทำปุ๋ยหมัก
ต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพชนิดต่างๆ เพื่อนำไปปฏิบัติเมื่อสิ้นสุดวงจรชีวิต หน่วยงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) เตือน
- EPA อธิบายว่าไม่ควรเติมพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพลงในถังขยะที่รีไซเคิลพลาสติกทั่วไป เนื่องจากทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน นี่เป็นเรื่องจริงสำหรับทั้งเชื้อเพลิงชีวภาพและเชื้อเพลิงฟอสซิล
- แม้ว่าพลาสติกจะถูกทำเครื่องหมายว่าย่อยสลายได้ทางชีวภาพและย่อยสลายได้ แต่พลาสติกหลายชนิดสามารถย่อยสลายได้เฉพาะในสภาวะที่มีอยู่ในโรงงานทำปุ๋ยหมักเชิงพาณิชย์เท่านั้น ติดต่อหน่วยงานรีไซเคิลในพื้นที่เพื่อขอข้อมูลเกี่ยวกับโรงงานปุ๋ยหมักที่ใกล้ที่สุด มีสถานที่ดังกล่าวเพียง 200 แห่งในสหรัฐอเมริกาในปี 2560 ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มศูนย์ประเภทนี้
- ยืนยันว่าถุงสามารถย่อยสลายได้ที่บ้านโดยปฏิบัติตามคำแนะนำผลิตภัณฑ์ก่อนใส่ลงในถังปุ๋ยหมัก
- การนำวัสดุจากพลาสติกย่อยสลายได้กลับมาใช้ใหม่ไม่สามารถทำได้ผ่านการรีไซเคิล เนื่องจากขาดสิ่งอำนวยความสะดวก
การแยกส่วน การรวบรวม และการย่อยสลายที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อใช้ประโยชน์จากพลาสติกชีวภาพและพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ หากไม่มีอยู่ พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพส่วนใหญ่จะไปฝังกลบ
อนาคตของพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
ธรรมชาติของพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพไม่สามารถแก้ปัญหามลพิษจากพลาสติกได้หากไม่ได้กำจัดอย่างเหมาะสม นอกจากนี้ พฤติกรรมของผู้บริโภคยังจำเป็นต้องมุ่งเน้นไปที่การลดการบริโภคหรือการรีไซเคิลพลาสติก เพื่อให้ได้รับประโยชน์จากการเปลี่ยนจากพลาสติกที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลแบบเดิมๆ ไปเป็นพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ