S kontinuiranim poboljšanjem globalne svijesti o zaštiti okoliša i sve hitnijom potražnjom za održivim razvojem, tradicionalni materijali suočavaju se s mnogim izazovima, a ekološki prihvatljivi materijali od pšenice pojavili su se kao novi biobazirani materijal. Ovaj članak detaljno analizira karakteristike, istraživanje, razvoj i proizvodni status ekološki prihvatljivih materijala od pšenice, dubinski analizira njihove izglede za primjenu u pakiranju, tekstilu, građevinarstvu, poljoprivredi i drugim područjima, te istražuje mogućnosti i izazove s kojima se suočavaju, gledajući u budućnost s ciljem pružanja sveobuhvatne reference za relevantne industrijske praktičare, istraživače i kreatore politika, te pomoći u promociji široke primjene i industrijske nadogradnje ekološki prihvatljivih materijala od pšenice.
1. Uvod
U današnjem dobu, ekološki problemi postali su jedan od ključnih faktora koji ograničavaju razvoj ljudskog društva. Tradicionalni materijali poput plastike i hemijskih vlakana uzrokovali su niz ozbiljnih problema poput nedostatka resursa, visoke potrošnje energije i bijelog zagađenja tokom proizvodnje, upotrebe i tretmana otpada. U tom kontekstu, hitno je pronaći obnovljive, biorazgradive i ekološki prihvatljive alternativne materijale. Kao važna prehrambena kultura koja se široko uzgaja u svijetu, utvrđeno je da nusproizvodi pšenice u procesu prerade, poput pšenične slame i pšeničnih mekinja, imaju ogroman potencijal za razvoj materijala. Ekološki prihvatljivi materijali od pšenice transformirani inovativnim tehnologijama postepeno se pojavljuju i očekuje se da će preoblikovati brojne industrijske obrasce.
2. Pregledekološki prihvatljivi materijali od pšenice
Izvori i sastojci sirovina
Ekološki prihvatljivi materijali od pšenice uglavnom se dobijaju odpšenična slamai mekinje. Pšenična slama je bogata celulozom, hemicelulozom i ligninom, a ovi prirodni polimeri pružaju osnovnu strukturnu podršku materijalu. Celuloza ima karakteristike visoke čvrstoće i visoke kristalnosti, što materijalu daje žilavost; hemiceluloza se relativno lako razgrađuje i može poboljšati performanse obrade; lignin poboljšava krutost i otpornost materijala na vodu. Pšenične mekinje su bogate dijetalnim vlaknima, proteinima i malom količinom masti, minerala itd., što može nadoknaditi nedostatak komponenti slame i optimizirati performanse materijala, kao što je poboljšanje fleksibilnosti i površinskih svojstava, čineći ga pogodnijim za raznoliku tehnologiju obrade.
Proces pripreme
Trenutno, proces pripreme ekološki prihvatljivih materijala od pšenice obuhvata fizičke, hemijske i biološke metode. Fizičke metode poput mehaničkog drobljenja i vrućeg presovanja, koje drobe slamu, a zatim je oblikuju pod visokom temperaturom i visokim pritiskom, jednostavne su za rukovanje i jeftine. Često se koriste za pripremu primarnih proizvoda kao što su posuđe i tanjiri za jednokratnu upotrebu; hemijske metode uključuju reakcije esterifikacije i eterifikacije, koje koriste hemijske reagense za modifikaciju molekularne strukture sirovina kako bi se poboljšalo prianjanje i otpornost materijala na vodu kako bi se ispunili viši zahtjevi za pakovanje i tekstilnu primjenu, ali postoji rizik od ostataka hemijskih reagensa; biološke metode koriste mikroorganizme ili enzime za razgradnju i transformaciju sirovina. Proces je zelen i blag, te se mogu pripremiti fini materijali visoke dodane vrijednosti. Međutim, dug ciklus fermentacije i visoka cijena enzimskih preparata ograničavaju primjenu velikih razmjera, a većina njih je u fazi laboratorijskog istraživanja i razvoja.
3. Prednosti ekološki prihvatljivih materijala od pšenice
Ekološka prihvatljivost
Sa stanovišta procjene životnog ciklusa, ekološki prihvatljivi materijali od pšenice pokazali su svoje prednosti. Proces rasta sirovine apsorbira ugljikov dioksid i oslobađa kisik, što pomaže u ublažavanju efekta staklene bašte; proizvodni proces ima nisku potrošnju energije, što znatno smanjuje ovisnost o fosilnim gorivima u usporedbi sa sintezom plastike na bazi nafte; tretman otpada nakon upotrebe je jednostavan, a pšenica se može brzo biorazgraditi u prirodnom okruženju, uglavnom se razlažući u bezopasnu vodu, ugljikov dioksid i humus za nekoliko mjeseci do nekoliko godina, učinkovito rješavajući ekološke probleme poput zagađenja tla i začepljenja vode uzrokovanog „stogodišnjom nekorozijom“ tradicionalne plastike.
Obnovljivost resursa
Kao jednogodišnja kultura, pšenica se široko sadi i ima ogroman globalni prinos svake godine, što može kontinuirano i stabilno obezbjeđivati ​​dovoljno sirovina za pripremu materijala. Za razliku od neobnovljivih resursa poput nafte i uglja, sve dok se poljoprivredna proizvodnja razumno planira, sirovine pšenice su gotovo neiscrpne, što osigurava dugoročni lanac snabdijevanja industrije materijala, smanjuje industrijske rizike uzrokovane iscrpljivanjem resursa i u skladu je s konceptom kružne ekonomije.
Jedinstvene performanse
Ekološki prihvatljivi materijali od pšenice imaju dobra svojstva toplinske i zvučne izolacije, koja proizlaze iz njihove unutrašnje porozne vlaknaste strukture. Zrak ih ispunjava i formira prirodnu barijeru, što ima značajne prednosti u području izolacijskih ploča za zgrade; istovremeno, materijal je lagane teksture i ima nisku relativnu gustoću, što smanjuje težinu proizvoda i olakšava transport i upotrebu. Na primjer, u području pakiranja za zrakoplovnu industriju smanjuje troškove uz osiguranje zaštitnih performansi; osim toga, ima i određena antibakterijska svojstva. Prirodni sastojci u pšeničnoj slami i pšeničnim mekinjama imaju inhibitorni učinak na rast nekih mikroorganizama, produžujući rok trajanja proizvoda, te imaju široke perspektive u primjeni pakiranja hrane.
4. Područja primjene ekološki prihvatljivih materijala od pšenice
Industrija ambalaže
U oblasti pakovanja, ekološki prihvatljivi materijali od pšenice postepeno zamjenjuju tradicionalnu plastičnu ambalažu. Što se tiče jednokratnog posuđa, tanjira, kutija za ručak, slamki itd. napravljenih od pšenične slame, slični su po izgledu plastici, ali su netoksični i bezukusni, te ne oslobađaju štetne hemikalije prilikom zagrijavanja, zadovoljavajući potrebe dostave hrane. Neki veliki lanci ketering kompanija počeli su pokušavati da ih promovišu; u ekspresnom pakovanju, materijali za amortizaciju, koverte i kartoni napravljeni od njih koriste se za punjenje obloge, koja ima dobre performanse amortizacije, štiti robu i istovremeno je biorazgradiva, smanjujući nakupljanje ekspresnog otpada. Platforme za e-trgovinu i ekspresne kompanije su to pilotirale, a očekuje se da će preoblikovati sistem zelene logističke ambalaže.
Tekstilna industrija
Celulozna vlakna se ekstrahuju iz pšenične slame i pšeničnih mekinja, te se posebnim postupkom predenja prerađuju u novu vrstu tekstilne tkanine. Ova vrsta tkanine je mekana i ugodna za kožu, prozračna i bolje upija vlagu od čistog pamuka. Suha je i udobna za nošenje, te ima svoju prirodnu boju i teksturu. Ima jedinstvenu estetsku vrijednost i pojavila se u oblastima vrhunske mode i kućnog namještaja. Neki modni brendovi su lansirali ograničena izdanja odjeće od pšeničnih vlakana, što je privuklo pažnju tržišta i unijelo vitalnost u razvoj održive mode.
Građevinska industrija
Kao materijal za izolaciju zgrada, ekološki prihvatljive ploče od pšenice se lako postavljaju, a izolacijski učinak je usporediv s tradicionalnim polistirenskim pločama, ali bez opasnosti od zapaljivosti i oslobađanja otrovnih plinova, što poboljšava sigurnost zgrada od požara; istovremeno se koriste za unutarnju dekoraciju, poput zidnih dekorativnih ploča i stropova, za stvaranje prirodne i tople atmosfere, a također mogu podesiti vlažnost u zatvorenom prostoru, apsorbirati mirise i stvoriti zdravo životno okruženje. Neki demonstracijski projekti ekološke gradnje usvojili su ih u velikim količinama, predvodeći trend zelenih građevinskih materijala.
Poljoprivredno polje
U poljoprivrednoj proizvodnji, saksije za sadnice i malč napravljeni od ekološki prihvatljivih materijala za pšenicu igraju važnu ulogu. Saksije za sadnice mogu se prirodno razgraditi i nema potrebe za uklanjanjem saksija prilikom presađivanja sadnica, čime se izbjegava oštećenje korijena i poboljšava stopa preživljavanja presađivanja; razgradivi malč prekriva poljoprivredno zemljište, zadržava vlagu i povećava temperaturu kako bi se potaknuo rast usjeva, te se sam razgrađuje nakon završetka vegetacijske sezone, bez utjecaja na sljedeći uzgoj usjeva, rješavajući problem tradicionalnih ostataka plastičnog malča koji zagađuju tlo i ometaju poljoprivredne operacije, te promovirajući održivi poljoprivredni razvoj.
V. Izazovi s kojima se suočava razvoj ekološki prihvatljivih materijala od pšenice
Tehnička uska grla
Uprkos napretku u istraživanju i razvoju, tehničke poteškoće i dalje postoje. Prvo, optimizacija performansi materijala. U smislu poboljšanja čvrstoće i otpornosti na vodu kako bi se zadovoljili složeni scenariji upotrebe, postojeće tehnologije ne mogu uravnotežiti troškove i performanse, što ograničava širenje vrhunskih primjena. Drugo, proizvodni proces je nestabilan, a fluktuacija sastojaka sirovina u različitim serijama dovodi do neujednačenog kvaliteta proizvoda, što otežava postizanje standardizirane proizvodnje velikih razmjera, utičući na povjerenje korporativnih investicija i promociju na tržištu.
Faktori troškova
Trenutno je cijena ekološki prihvatljivih materijala od pšenice viša od cijene tradicionalnih materijala. U fazi sakupljanja sirovina, slama se rasipa, radijus sakupljanja je veliki, a skladištenje je otežano, što povećava troškove transporta i skladištenja; u fazi proizvodnje, napredna oprema se oslanja na uvoz, biološki enzimski preparati i reagensi za hemijsku modifikaciju su skupi, i iako je potrošnja energije u proizvodnji relativno niska, i dalje čini veliki dio troškova; u ranoj fazi promocije na tržištu, efekat obima nije formiran, a cijena jediničnog proizvoda se ne može smanjiti. U nepovoljnom je položaju u konkurenciji s jeftinim tradicionalnim materijalima, što ometa potrošače i preduzeća u izboru.
Svijest o tržištu i prihvatanje
Potrošači su odavno navikli na tradicionalne materijale i proizvode, a imaju ograničeno znanje o ekološki prihvatljivim materijalima. Zabrinuti su zbog njihove trajnosti i sigurnosti te imaju malo spremnosti za kupovinu; što se tiče preduzeća, ograničeni su troškovima i tehničkim rizicima te su oprezni u pogledu prelaska na nove materijale. Posebno malim i srednjim preduzećima nedostaju sredstva za istraživanje i razvoj i talenti, te je teško pratiti na vrijeme; osim toga, nizvodni industrijski lanac nije dobro opremljen, a nedostaju i profesionalni objekti za recikliranje i tretman, što utiče na recikliranje otpadnih proizvoda i zauzvrat ometa širenje tržišta materijala na tržištu.
VI. Strategije odgovora i razvojne mogućnosti
Saradnja između industrije, univerziteta i istraživanja za proboj u tehnologiji
Univerziteti, naučnoistraživačke institucije i preduzeća trebaju blisko sarađivati. Univerziteti bi trebali u potpunosti iskoristiti svoje prednosti u osnovnim istraživanjima i istražiti nove mehanizme modifikacije materijala i puteve biotransformacije; naučnoistraživačke institucije bi trebale da se fokusiraju na optimizaciju procesa i zajednički provode pilot proizvodnju s preduzećima kako bi prevazišli probleme tehničke stabilnosti; preduzeća bi trebala da obezbijede sredstva i povratne informacije s tržišta kako bi ubrzala industrijalizaciju rezultata naučnih istraživanja, kao što je osnivanje zajedničkih centara za istraživanje i razvoj, a vlada bi trebala da pronađe partnere i pruži političku podršku za promovisanje tehnološke iteracije i unapređenja.
Podrška politikama smanjuje troškove
Vlada je uvela politiku subvencija za transport sirovina kako bi se smanjili troškovi logistike; proizvodna strana pruža poreske olakšice za kupovinu opreme i istraživanje i razvoj novih tehnologija kako bi se podstakla preduzeća da ažuriraju tehnologiju; preduzeća koja koriste ekološki prihvatljive materijale od pšenice, kao što su kompanije za pakovanje i građevinarstvo, dobijaju subvencije za zelenu nabavku kako bi se podstakla potražnja na tržištu i, kroz podršku cijelog industrijskog lanca, pomoglo u smanjenju troškova i smanjenju razlike u cijenama u odnosu na tradicionalne materijale.
Pojačajte publicitet i podignite svijest
Koristite medije, izložbe i aktivnosti popularne nauke kako biste putem više kanala promovirali prednosti i slučajeve primjene ekološki prihvatljivih materijala od pšenice, prikazali certifikate o sigurnosti i trajnosti proizvoda i uklonili zabrinutost potrošača; pružili tehničku obuku i smjernice za transformaciju za preduzeća, podijelili uspješna iskustva i potaknuli korporativni entuzijazam; uspostavili industrijske standarde i sisteme identifikacije proizvoda, standardizirali tržište, olakšali potrošačima i preduzećima identifikaciju i povjerenje, stvorili dobru industrijsku ekologiju i iskoristili tržišne prilike zelene potrošnje i održivog razvoja.
VII. Budući izgledi
Uz kontinuirane tehnološke inovacije, kontinuirano poboljšanje politika i poboljšanu tržišnu svijest, očekuje se da će ekološki prihvatljivi materijali od pšenice dovesti do eksplozivnog razvoja. U budućnosti će se roditi visokoučinkoviti kompozitni materijali od pšenice, koji će integrirati prednosti različitih prirodnih ili sintetičkih materijala i proširiti se na visokotehnološka područja poput automobila i elektronike; pojavit će se inteligentni, perceptivni materijali od pšenice, praćenje okoliša i svježine hrane u stvarnom vremenu, osnaživanje pametnog pakiranja i pametnih domova; formirat će se industrijski klasteri, a cijeli lanac od sadnje sirovina, prerade materijala do recikliranja proizvoda razvijat će se na koordiniran način, ostvarujući efikasno korištenje resursa i maksimizirajući industrijske koristi, postajući ključna snaga globalne industrije zelenih materijala i postavljajući čvrste materijalne temelje za održivi prosperitet ljudskog društva.
VIII. Zaključak
Ekološki prihvatljivi materijali od pšenice, sa svojim izvanrednim prednostima u pogledu okoliša, resursa i performansi, pokazali su široke perspektive u mnogim oblastima. Iako se trenutno suočavaju s mnogim izazovima poput tehnologije, troškova i tržišta, očekuje se da će se probiti kroz poteškoće kroz usklađene napore svih strana. Iskorištavanje prilike za snažan razvoj ne samo da će riješiti ekološku krizu koju su izazvali tradicionalni materijali, već će i dovesti do nastanka novih zelenih industrija, postići obostrano korisnu situaciju ekonomskog rasta i zaštite okoliša, otvoriti novu eru u oblasti materijala i stvoriti bolji ekološki dom za buduće generacije.