С непрекъснатото подобряване на глобалната осведоменост за опазване на околната среда и все по-належащото търсене на устойчиво развитие, традиционните материали са изправени пред много предизвикателства, а екологично чистите материали от пшеница се очертават като нововъзникващ биобазиран материал. Тази статия разглежда характеристиките, научноизследователската и развойна дейност и състоянието на производството на екологично чисти материали от пшеница, анализира задълбочено перспективите за тяхното приложение в опаковането, текстила, строителството, селското стопанство и други области и изследва възможностите и предизвикателствата, с поглед към бъдещите тенденции в развитието, с цел да предостави изчерпателна справка за съответните специалисти в индустрията, изследователи и политици и да помогне за насърчаване на широкото приложение и индустриалното усъвършенстване на екологично чисти материали от пшеница.
1. Въведение
В днешната епоха екологичните проблеми са се превърнали в един от ключовите фактори, ограничаващи развитието на човешкото общество. Традиционните материали като пластмаси и химически влакна са причинили редица сериозни проблеми, като недостиг на ресурси, висока консумация на енергия и бяло замърсяване по време на производството, употребата и третирането на отпадъците. На този фон е спешно да се намерят възобновяеми, биоразградими и екологично чисти алтернативни материали. Като важна хранителна култура, широко отглеждана в света, страничните продукти от пшеницата в процеса на преработка, като пшенична слама и пшенични трици, се оказват с огромен потенциал за развитие на материали. Постепенно се появяват екологично чисти материали от пшеница, трансформирани чрез иновативни технологии, и се очаква да променят множество индустриални модели.
2. Общ преглед наекологично чисти материали от пшеница
Източници и съставки на суровините
Екологично чистите материали от пшеница се получават главно отпшенична сламаи трици. Пшеничната слама е богата на целулоза, хемицелулоза и лигнин, а тези естествени полимери осигуряват основна структурна опора на материала. Целулозата се характеризира с висока якост и висока кристалност, което придава на материала жилавост; хемицелулозата е сравнително лесна за разграждане и може да подобри производителността на обработката; лигнинът повишава твърдостта и водоустойчивостта на материала. Пшеничните трици са богати на диетични фибри, протеини и малко количество мазнини, минерали и др., което може да допълни дефицита на компоненти на сламата и да оптимизира производителността на материала, като например подобряване на гъвкавостта и повърхностните свойства, което го прави по-подходящ за диверсифицирана технология на обработка.
Процес на подготовка
В момента процесът на приготвяне на екологично чисти материали от пшеница обхваща физични, химични и биологични методи. Физически методи като механично раздробяване и горещо пресоване, които раздробяват сламата и след това я оформят под висока температура и високо налягане, са лесни за работа и с ниска цена. Те често се използват за приготвяне на първични продукти като съдове за еднократна употреба и чинии; химичните методи включват реакции на естерификация и етерификация, които използват химични реактиви за модифициране на молекулярната структура на суровините, за да се подобри адхезията и водоустойчивостта на материалите, за да се отговорят на по-високите изисквания за опаковъчни и текстилни приложения, но съществува риск от остатъци от химически реактиви; биологичните методи използват микроорганизми или ензими за разграждане и трансформиране на суровините. Процесът е екологичен и щадящ и могат да се приготвят фини материали с висока добавена стойност. Дългият ферментационен цикъл и високата цена на ензимните препарати обаче ограничават мащабните приложения и повечето от тях са в етап на лабораторни изследвания и разработки.
3. Предимства на екологично чистите материали от пшеница
Екологичност
От гледна точка на оценката на жизнения цикъл, екологично чистите материали от пшеница показват своите предимства. Процесът на растеж на суровината абсорбира въглероден диоксид и освобождава кислород, което помага за облекчаване на парниковия ефект; производственият процес има ниска консумация на енергия, което значително намалява зависимостта от изкопаеми горива в сравнение със синтеза на пластмаси на петролна основа; третирането на отпадъците след употреба е просто и те могат да се биоразградят бързо в естествената среда, като обикновено се разлагат на безвредна вода, въглероден диоксид и хумус в рамките на няколко месеца до няколко години, ефективно решавайки екологични проблеми като замърсяване на почвата и запушване на водата, причинени от „стогодишната некорозия“ на традиционните пластмаси.
Възобновяемост на ресурсите
Като едногодишна култура, пшеницата се засажда широко и има огромен глобален добив всяка година, което може непрекъснато и стабилно да осигурява достатъчно суровини за подготовка на материалите. За разлика от невъзобновяемите ресурси като петрол и въглища, стига селскостопанското производство да е разумно планирано, суровините от пшеница са почти неизчерпаеми, което осигурява дългосрочната верига за доставки на материалната индустрия, намалява индустриалните рискове, причинени от изчерпването на ресурсите, и е в съответствие с концепцията за кръгова икономика.
Уникално изпълнение
Екологично чистите материали от пшеница имат добри топлоизолационни и звукоизолационни свойства, които се дължат на вътрешната им пореста влакнеста структура. Въздухът ги запълва, образувайки естествена бариера, което има значителни предимства в областта на изолационните плоскости за сгради; същевременно материалът е лек по текстура и има ниска относителна плътност, което намалява теглото на продукта и улеснява транспортирането и употребата. Например, в областта на аерокосмическите опаковки, той намалява разходите, като същевременно осигурява защитни характеристики; освен това има и определени антибактериални свойства. Естествените съставки в пшеничната слама и пшеничните трици имат инхибиращ ефект върху растежа на някои микроорганизми, удължавайки срока на годност на продукта, и имат широки перспективи в приложенията за опаковане на храни.
4. Области на приложение на екологично чисти материали от пшеница
Опаковъчна индустрия
В областта на опаковането, екологично чистите материали от пшеница постепенно заместват традиционните пластмасови опаковки. Що се отнася до приборите за еднократна употреба, чиниите, кутиите за обяд, сламките и др., изработени от пшенична слама, са подобни на пластмасовите на външен вид, но са нетоксични и безвкусни и не отделят вредни химикали при нагряване, което отговаря на нуждите на доставката на храна. Някои големи вериги кетъринг компании започнаха да се опитват да ги популяризират; при експресните опаковки се използват омекотяващи материали, пликове и картонени кутии, изработени от тях, за запълване на подплатата, което има добри омекотяващи свойства, предпазва стоките и е едновременно разградимо, намалявайки натрупването на експресни отпадъци. Платформи за електронна търговия и експресни компании са го пилотирали и се очаква да промени системата за зелени логистични опаковки.
Текстилна промишленост
Целулозните влакна се извличат от пшенична слама и пшенични трици и се преработват в нов вид текстилна тъкан чрез специален процес на предене. Този вид тъкан е мека и приятна за кожата, дишаща и абсорбира влагата по-добре от чистия памук. Тя е суха и удобна за носене, със собствен естествен цвят и текстура. Притежава уникална естетическа стойност и се е наложила в областта на високия клас мода и обзавеждането на дома. Някои модни марки пуснаха лимитирани серии дрехи от пшенични влакна, което привлече вниманието на пазара и вдъхна жизненост в развитието на устойчивата мода.
Строителна индустрия
Като изолационен материал за сгради, екологичните панели от пшеница са лесни за монтаж, а изолационният ефект е сравним с този на традиционните полистиролни панели, но без опасността от запалимост и отделяне на токсични газове, което подобрява пожарната безопасност на сградите. В същото време те се използват за вътрешна декорация, като например декоративни панели за стени и тавани, за да създадат естествена и топла атмосфера, а също така могат да регулират влажността в помещенията, да абсорбират миризми и да създадат здравословна среда за живот. Някои демонстрационни проекти за екологични сгради са ги възприели в големи количества, което е водеща тенденция в зелените строителни материали.
Земеделско поле
В селскостопанското производство, саксиите за разсад и мулчът, изработени от екологично чисти материали за пшеница, играят важна роля. Саксиите за разсад могат да се разграждат по естествен път и няма нужда да се отстраняват при пресаждане на разсад, като по този начин се избягва увреждане на корените и се подобрява процентът на оцеляване на разсада; разградимият мулч покрива земеделската земя, задържа влагата и повишава температурата, за да насърчи растежа на културите, и се разлага след края на вегетационния период, без да влияе на следващото отглеждане на култури, решавайки проблема с традиционните остатъци от пластмасов мулч, които замърсяват почвата и възпрепятстват селскостопанските дейности, и насърчавайки устойчивото развитие на селското стопанство.
V. Предизвикателства пред разработването на екологично чисти материали от пшеница
Технически пречки
Въпреки напредъка в научноизследователската и развойна дейност, все още съществуват технически трудности. Първо, оптимизиране на характеристиките на материалите. По отношение на подобряването на здравината и водоустойчивостта, за да се отговори на сложни сценарии на употреба, съществуващите технологии не могат да балансират разходите и производителността, което ограничава разширяването на приложенията от висок клас. Второ, производственият процес е нестабилен, а колебанията в състава на суровините в различните партиди водят до неравномерно качество на продукта, което затруднява постигането на стандартизирано мащабно производство и влияе върху корпоративното инвестиционно доверие и промотирането на пазара.
Фактори на разходите
В момента цената на екологично чистите материали от пшеница е по-висока от тази на традиционните материали. На етапа на събиране на суровината сламата се разпръсква, радиусът на събиране е голям и съхранението е трудно, което увеличава разходите за транспорт и складиране; на етапа на производство модерното оборудване разчита на внос, биологичните ензимни препарати и реактивите за химическа модификация са скъпи и въпреки че консумацията на енергия за производство е сравнително ниска, тя все още представлява голяма част от разходите; в ранния етап на пазарното промотиране ефектът от мащаба не е формиран и себестойността на единица продукт не може да бъде намалена. Това е в неизгодно положение в конкуренцията с евтините традиционни материали, което възпрепятства потребителите и предприятията да правят избор.
Пазарната осведоменост и приемане
Потребителите отдавна са свикнали с традиционни материали и продукти и имат ограничени познания за екологично чистите материали. Те са притеснени за тяхната издръжливост и безопасност и нямат голяма готовност да купуват; от страна на предприятията те са ограничени от разходите и техническите рискове и са предпазливи по отношение на прехода към нови материали. По-специално, малките и средните предприятия нямат достатъчно средства за научноизследователска и развойна дейност и е трудно да се проследи във времето; освен това, низходящата индустриална верига не е добре оборудвана и липсват професионални съоръжения за рециклиране и третиране, което се отразява на рециклирането на отпадъчни продукти и от своя страна възпрепятства разширяването на пазара на материали за първична употреба.
VI. Стратегии за реагиране и възможности за развитие
Сътрудничество между индустрията, университетите и научните изследвания за пробив в технологиите
Университетите, научноизследователските институции и предприятията трябва да работят в тясно сътрудничество. Университетите трябва да се възползват максимално от предимствата си във фундаменталните изследвания и да изследват нови механизми за модификация на материалите и пътища за биотрансформация; научноизследователските институции трябва да се съсредоточат върху оптимизацията на процесите и съвместно да осъществяват пилотно производство с предприятията, за да преодолеят проблемите с техническата стабилност; предприятията трябва да предоставят средства и пазарна обратна връзка за ускоряване на индустриализацията на резултатите от научните изследвания, като например създаване на съвместни научноизследователски и развойни центрове, а правителството трябва да свърже и да осигури политическа подкрепа за насърчаване на технологичните итерации и модернизиране.
Подкрепата по политиките намалява разходите
Правителството въведе политики за субсидиране, за да осигури транспортни субсидии за събиране на суровини, за да намали разходите за логистика; производството предоставя данъчни облекчения за закупуване на оборудване и научноизследователска и развойна дейност в областта на нови технологии, за да насърчи предприятията да актуализират технологиите си; предприятията надолу по веригата, които използват екологично чисти материали от пшеница, като например опаковъчни и строителни компании, получават субсидии за зелени обществени поръчки, за да стимулират пазарното търсене и чрез подкрепата на цялата индустриална верига, да спомогнат за намаляване на разходите и намаляване на разликата в цените с традиционните материали.
Засилване на публичността и повишаване на осведомеността
Използвайте медии, изложби и научнопопулярни дейности, за да популяризирате предимствата и случаите на приложение на екологично чисти материали от пшеница чрез множество канали, да показвате сертификати за безопасност и дълготрайност на продуктите и да елиминирате опасенията на потребителите; да предоставяте техническо обучение и насоки за трансформация за предприятията, да споделяте успешен опит и да стимулирате корпоративния ентусиазъм; да установявате индустриални стандарти и системи за идентификация на продуктите, да стандартизирате пазара, да улеснявате потребителите и предприятията да се идентифицират и да им се доверяват, да създавате добра индустриална екология и да се възползвате от пазарните възможности на зеленото потребление и устойчивото развитие.
VII. Бъдещи перспективи
С непрекъснатите технологични иновации, непрекъснатото усъвършенстване на политиките и подобрената пазарна осведоменост, се очаква екологично чистите пшенични материали да доведат до експлозивно развитие. В бъдеще ще се появят високоефективни композитни пшенични материали, интегриращи предимствата на различни естествени или синтетични материали, и ще се разширят във високотехнологични области като автомобили и електроника; ще се появят интелигентни, възприемаеми пшенични материали, ще се осъществява мониторинг в реално време на околната среда и свежестта на храните, ще се даде възможност за интелигентни опаковки и интелигентни домове; ще се формират индустриални клъстери и цялата верига от засаждането на суровини, преработката на материали до рециклирането на продукти ще се развива координирано, като се реализира ефективно използване на ресурсите и се максимизират индустриалните ползи, превръщайки се в основна сила на световната индустрия за зелени материали и полагайки солидна материална основа за устойчив просперитет на човешкото общество.
VIII. Заключение
Екологично чистите материали от пшеница, със своите изключителни предимства по отношение на околната среда, ресурсите и производителността, показват широки перспективи в много области. Въпреки че в момента са изправени пред много предизвикателства, като технологии, разходи и пазар, се очаква те да преодолеят трудностите чрез съгласуваните усилия на всички страни. Възползването от възможността за енергично развитие не само ще разреши екологичната криза, породена от традиционните материали, но и ще даде тласък на нововъзникващите зелени индустрии, ще постигне печеливша ситуация за икономически растеж и опазване на околната среда, ще открие нова ера в областта на материалите и ще създаде по-добър екологичен дом за бъдещите поколения.