Nuolat gerėjant pasauliniam informuotumui apie aplinkos apsaugą ir vis labiau skubėjant tvaraus vystymosi poreikiui, tradicinės medžiagos susiduria su daugybe iššūkių, o kviečių aplinkai nekenksmingos medžiagos iškilo kaip nauja biologinės kilmės medžiaga. Šiame straipsnyje išsamiai aprašomos kviečių aplinkai nekenksmingų medžiagų savybės, tyrimų, plėtros ir gamybos būklė, išsamiai analizuojamos jų taikymo perspektyvos pakuotėse, tekstilėje, statyboje, žemės ūkyje ir kitose srityse, nagrinėjamos galimybės ir iššūkiai, žvelgiant į būsimas plėtros tendencijas, siekiant pateikti išsamią informaciją atitinkamiems pramonės specialistams, tyrėjams ir politikos formuotojams bei padėti skatinti platų kviečių aplinkai nekenksmingų medžiagų taikymą ir pramoninį modernizavimą.
1. Įvadas
Šiandien aplinkosaugos problemos tapo vienu iš pagrindinių veiksnių, ribojančių žmonių visuomenės vystymąsi. Tradicinės medžiagos, tokios kaip plastikas ir cheminiai pluoštai, sukėlė daugybę rimtų problemų, tokių kaip išteklių trūkumas, didelis energijos suvartojimas ir baltoji tarša gamybos, naudojimo ir atliekų tvarkymo metu. Atsižvelgiant į tai, būtina skubiai rasti atsinaujinančių, skaidžių ir aplinkai nekenksmingų alternatyvių medžiagų. Kviečiai, kaip svarbus maisto augalas, plačiai auginamas visame pasaulyje, perdirbimo procese susidarantys šalutiniai produktai, tokie kaip kviečių šiaudai ir kviečių sėlenos, turi didžiulį medžiagų plėtros potencialą. Palaipsniui atsiranda aplinkai nekenksmingų kviečių medžiagų, transformuotų taikant novatoriškas technologijas, ir tikimasi, kad jos pakeis daugelį pramonės modelių.
2. Apžvalgakviečių aplinkai nekenksmingos medžiagos
Žaliavų šaltiniai ir sudedamosios dalys
Kviečių aplinkai nekenksmingos medžiagos daugiausia gaunamos iškviečių šiaudaiir sėlenos. Kviečių šiauduose gausu celiuliozės, hemiceliuliozės ir lignino, o šie natūralūs polimerai suteikia pagrindinę medžiagos struktūrinę atramą. Celiuliozė pasižymi dideliu stiprumu ir kristališkumu, todėl medžiaga yra tvirta; hemiceliuliozė yra gana lengvai skaidoma ir gali pagerinti apdorojimo našumą; ligninas padidina medžiagos standumą ir atsparumą vandeniui. Kviečių sėlenos yra gausios maistinių skaidulų, baltymų ir nedideliu kiekiu riebalų, mineralų ir kt., kurie gali papildyti šiaudų komponentų trūkumą ir optimizuoti medžiagos eksploatacines savybes, pavyzdžiui, pagerinti lankstumą ir paviršiaus savybes, todėl jos tampa tinkamesnės įvairioms apdorojimo technologijoms.
Paruošimo procesas
Šiuo metu kviečių aplinkai nekenksmingų medžiagų paruošimo procesas apima fizikinius, cheminius ir biologinius metodus. Fiziniai metodai, tokie kaip mechaninis smulkinimas ir karšto presavimo formavimas, kurių metu šiaudai susmulkinami, o vėliau formuojami aukštoje temperatūroje ir slėgyje, yra paprasti naudoti ir nebrangūs. Jie dažnai naudojami pirminiams produktams, tokiems kaip vienkartiniai stalo indai ir lėkštės, paruošti; cheminiai metodai apima esterinimo ir eterinimo reakcijas, kurių metu cheminiai reagentai naudojami žaliavų molekulinei struktūrai modifikuoti, siekiant pagerinti medžiagų sukibimą ir atsparumą vandeniui, kad būtų patenkinti aukštesni pakavimo ir tekstilės pritaikymo reikalavimai, tačiau yra cheminių reagentų likučių rizika; biologiniai metodai naudoja mikroorganizmus arba fermentus žaliavoms skaidyti ir transformuoti. Procesas yra ekologiškas ir švelnus, galima paruošti didelės pridėtinės vertės smulkias medžiagas. Tačiau ilgas fermentacijos ciklas ir didelė fermentų preparatų kaina riboja didelio masto pritaikymą, ir dauguma jų yra laboratorinių tyrimų ir plėtros stadijoje.
3. Kviečių aplinkai nekenksmingų medžiagų privalumai
Ekologiškumas
Vertinant gyvavimo ciklą, kviečių aplinkai nekenksmingos medžiagos įrodė savo pranašumus. Jų žaliavos augimo procesas sugeria anglies dioksidą ir išskiria deguonį, o tai padeda sumažinti šiltnamio efektą; gamybos procesas pasižymi mažomis energijos sąnaudomis, o tai labai sumažina priklausomybę nuo iškastinio kuro, palyginti su naftos pagrindu pagaminto plastiko sinteze; atliekų apdorojimas po naudojimo yra paprastas, o natūralioje aplinkoje jos greitai biologiškai suyra, paprastai per kelis mėnesius ar metus suskyla į nekenksmingą vandenį, anglies dioksidą ir humusą, veiksmingai spręsdamos aplinkosaugos problemas, tokias kaip dirvožemio tarša ir vandens užsikimšimas, kurį sukelia tradicinių plastikų „šimtmetis nekorozinis atsparumas“.
Išteklių atsinaujinimas
Kaip vienmetis augalas, kviečiai yra plačiai auginami ir kasmet duoda didžiulį pasaulinį derlių, kuris gali nuolat ir stabiliai tiekti pakankamai žaliavų medžiagų paruošimui. Skirtingai nuo neatsinaujinančių išteklių, tokių kaip nafta ir anglis, jei žemės ūkio gamyba yra pagrįstai planuojama, kviečių žaliavos yra beveik neišsenkančios, o tai užtikrina ilgalaikę medžiagų pramonės tiekimo grandinę, sumažina išteklių išeikvojimo keliamą pramonės riziką ir atitinka žiedinės ekonomikos koncepciją.
Unikalus našumas
Kviečių aplinkai nekenksmingos medžiagos pasižymi geromis šilumos ir garso izoliacijos savybėmis, kurias lemia vidinė porėta pluošto struktūra. Jos užpildomos oru, sudarydamos natūralų barjerą, kuris turi didelių pranašumų pastatų izoliacinių plokščių srityje; tuo pačiu metu medžiaga yra lengvos tekstūros ir mažo santykinio tankio, todėl sumažėja produkto svoris ir palengvinamas transportavimas bei naudojimas. Pavyzdžiui, aviacijos ir kosmoso pakuočių srityje tai sumažina sąnaudas, kartu užtikrinant apsaugines savybes; be to, ji taip pat turi tam tikrų antibakterinių savybių. Natūralūs kviečių šiauduose ir kviečių sėlenose esantys ingredientai slopina kai kurių mikroorganizmų augimą, pailgina produkto galiojimo laiką ir turi plačias perspektyvas maisto pakuočių srityje.
4. Kviečių aplinkai nekenksmingų medžiagų taikymo sritys
Pakavimo pramonė
Pakuočių srityje aplinkai nekenksmingos kviečių medžiagos pamažu keičia tradicines plastikines pakuotes. Kalbant apie vienkartinius stalo įrankius, lėkštės, pietų dėžutės, šiaudeliai ir kt., pagaminti iš kviečių šiaudų, savo išvaizda yra panašūs į plastiką, tačiau yra netoksiški ir beskoniai, o kaitinant neišskiria kenksmingų cheminių medžiagų, todėl atitinka maisto pristatymo poreikius. Kai kurios didelės maitinimo įmonių grandinės pradėjo bandyti jas reklamuoti; greitojo pristatymo pakuotėse pamušalui užpildyti naudojamos iš jų pagamintos amortizuojančios medžiagos, vokai ir dėžutės, kurios pasižymi geromis amortizacinėmis savybėmis, apsaugo prekes ir tuo pačiu yra skaidžios, todėl sumažėja greitojo pristatymo šiukšlių kaupimasis. Elektroninės prekybos platformos ir greitojo pristatymo įmonės tai išbandė, ir tikimasi, kad tai pakeis žaliosios logistikos pakavimo sistemą.
Tekstilės pramonė
Celiuliozės pluoštas išgaunamas iš kviečių šiaudų ir kviečių sėlenų ir specialaus verpimo proceso būdu perdirbamas į naujo tipo tekstilės audinį. Šis audinio tipas yra minkštas ir malonus odai, laidus orui ir geriau sugeria drėgmę nei gryna medvilnė. Jis yra sausas ir patogus dėvėti, turi savo natūralią spalvą ir tekstūrą. Jis turi unikalią estetinę vertę ir atsirado aukštos klasės mados ir namų apyvokos reikmenų srityse. Kai kurie mados prekių ženklai pristatė riboto leidimo drabužius iš kviečių pluošto, kurie patraukė rinkos dėmesį ir įnešė gyvybingumo į tvarios mados plėtrą.
Statybų pramonė
Kaip pastatų izoliacinė medžiaga, kviečių ekologiškos plokštės yra lengvai montuojamos, o izoliacijos efektas yra panašus į tradicinių polistireno plokščių, tačiau be pastarųjų degumo ir toksiškų dujų išsiskyrimo pavojaus, todėl pagerėja pastatų priešgaisrinė sauga; tuo pačiu metu jos naudojamos vidaus dekoravimui, pavyzdžiui, sienų dekoratyvinėms plokštėms ir luboms, siekiant sukurti natūralią ir šiltą atmosferą, taip pat gali reguliuoti patalpų drėgmę, sugerti kvapus ir sukurti sveiką gyvenamąją aplinką. Kai kurie ekologiškų pastatų demonstraciniai projektai jas pritaikė dideliais kiekiais, pirmaujantys ekologiškų statybinių medžiagų tendencijai.
Žemės ūkio laukas
Žemės ūkio gamyboje svarbų vaidmenį atlieka iš aplinkai nekenksmingų kviečių pagamintų daigų vazonai ir mulčias. Daigų vazonai gali natūraliai suirti, todėl persodinant daigus nereikia jų nuimti, taip išvengiant šaknų pažeidimo ir pagerinant persodintų daigų išgyvenamumą; skaidus mulčias dengia dirbamą žemę, išlaiko drėgmę ir padidina temperatūrą, skatindamas augalų augimą, o pasibaigus vegetacijos sezonui suyra, nepaveikdamas kitų augalų auginimo, taip išspręsdamas tradicinio plastiko mulčio likučių, teršiančių dirvožemį ir trukdančių žemės ūkio veiklai, problemą ir skatindamas tvarų žemės ūkio vystymąsi.
V. Iššūkiai, su kuriais susiduriama kuriant aplinkai nekenksmingas kviečių medžiagas
Techninės kliūtys
Nepaisant mokslinių tyrimų ir plėtros pažangos, techniniai sunkumai vis dar egzistuoja. Pirma, medžiagų eksploatacinių savybių optimizavimas. Kalbant apie stiprumo ir atsparumo vandeniui gerinimą, kad būtų galima patenkinti sudėtingus naudojimo scenarijus, esamos technologijos negali subalansuoti kainos ir eksploatacinių savybių, o tai riboja aukštos klasės pritaikymo plėtrą. Antra, gamybos procesas yra nestabilus, o žaliavų ingredientų svyravimai skirtingose ​​partijose lemia nevienodą produkto kokybę, todėl sunku pasiekti standartizuotą didelio masto gamybą, o tai daro įtaką įmonių investicijų pasitikėjimui ir rinkos skatinimui.
Sąnaudų veiksniai
Šiuo metu kviečių aplinkai nekenksmingų medžiagų kaina yra didesnė nei tradicinių medžiagų. Žaliavų surinkimo etape šiaudai yra išsibarstę, surinkimo spindulys yra didelis, o sandėliavimas sudėtingas, todėl padidėja transportavimo ir sandėliavimo išlaidos; gamybos etape pažangi įranga importuojama, biologiniai fermentų preparatai ir cheminio modifikavimo reagentai yra brangūs, ir nors gamybos energijos suvartojimas yra santykinai mažas, jis vis tiek sudaro didelę sąnaudų dalį; ankstyvajame rinkos skatinimo etape dar nesusiformavo masto efektas, o vieneto produkto savikaina negali būti sumažinta. Tai nepalanki konkurencija su pigiomis tradicinėmis medžiagomis, o tai trukdo vartotojams ir įmonėms rinktis.
Rinkos žinomumas ir priėmimas
Vartotojai jau seniai įpratę prie tradicinių medžiagų ir gaminių, todėl turi mažai žinių apie aplinkai nekenksmingas kviečių medžiagas. Jie nerimauja dėl jų patvarumo ir saugumo, todėl mažai nori pirkti; įmonių pusėje jas riboja sąnaudos ir techninė rizika, todėl jos atsargiai žiūri į perėjimą prie naujų medžiagų. Visų pirma, mažoms ir vidutinėms įmonėms trūksta lėšų moksliniams tyrimams ir plėtrai bei talentų, todėl sunku laiku sekti; be to, pramonės grandinė nėra gerai aprūpinta, trūksta profesionalių perdirbimo ir apdorojimo įrenginių, o tai daro įtaką atliekų perdirbimui ir savo ruožtu stabdo pirminės medžiagų rinkos plėtrą.
VI. Reagavimo strategijos ir plėtros galimybės
Pramonės, universitetų ir mokslinių tyrimų bendradarbiavimas siekiant technologinio proveržio
Universitetai, mokslinių tyrimų įstaigos ir įmonės turėtų glaudžiai bendradarbiauti. Universitetai turėtų visapusiškai išnaudoti savo pranašumus fundamentinių tyrimų srityje ir tyrinėti naujus medžiagų modifikavimo mechanizmus bei biotransformacijos būdus; mokslinių tyrimų įstaigos turėtų sutelkti dėmesį į procesų optimizavimą ir kartu su įmonėmis vykdyti bandomąją gamybą, kad įveiktų techninio stabilumo problemas; įmonės turėtų teikti finansavimą ir rinkos atsiliepimus, kad paspartintų mokslinių tyrimų rezultatų industrializavimą, pavyzdžiui, steigdamos bendrus mokslinių tyrimų ir plėtros centrus, o vyriausybė turėtų derinti ir teikti politinę paramą technologijų iteracijai ir modernizavimui.
Politikos parama mažina išlaidas
Vyriausybė įvedė subsidijų politiką, pagal kurią teikiamos žaliavų surinkimo transportavimo subsidijos, siekiant sumažinti logistikos išlaidas; gamybos pusė teikia mokesčių lengvatas įrangos pirkimui ir naujų technologijų tyrimams bei plėtrai, siekdama paskatinti įmones atnaujinti technologijas; tolesnės gamybos įmonėms, kurios naudoja kviečių aplinkai nekenksmingas medžiagas, pavyzdžiui, pakavimo ir statybos įmonėms, teikiamos žaliųjų pirkimų subsidijos, siekiant skatinti rinkos paklausą, o remiant visą pramonės grandinę, padedama sumažinti išlaidas ir kainų skirtumą, palyginti su tradicinėmis medžiagomis.
Stiprinti viešumą ir didinti informuotumą
Naudokite žiniasklaidą, parodas ir populiariosios mokslo veiklą, kad įvairiais kanalais viešintumėte kviečių aplinkai nekenksmingų medžiagų privalumus ir taikymo atvejus, parodytumėte gaminių saugos ir ilgaamžiškumo sertifikatus bei pašalintumėte vartotojų susirūpinimą; teiktumėte įmonėms techninius mokymus ir transformacijos gaires, dalytumėtės sėkminga atvejų patirtimi ir skatintumėte įmonių entuziazmą; nustatytumėte pramonės standartus ir gaminių identifikavimo sistemas, standartizuotumėte rinką, palengvintumėte vartotojams ir įmonėms identifikavimą ir pasitikėjimą, sukurtumėte gerą pramonės ekologiją ir pasinaudotumėte ekologiško vartojimo bei tvaraus vystymosi rinkos galimybėmis.
VII. Ateities perspektyvos
Nuolat diegiant technologines inovacijas, nuolat tobulinant politiką ir gerinant rinkos informuotumą, tikimasi, kad aplinkai nekenksmingos kviečių medžiagos sparčiai vystysis. Ateityje atsiras aukštos kokybės kompozicinių kviečių medžiagų, kurios apjungs įvairių natūralių ar sintetinių medžiagų privalumus ir plėsis į aukštųjų technologijų sritis, tokias kaip automobilių ir elektronikos pramonė; atsiras išmaniųjų, suvokiamų kviečių medžiagų, kurios stebės aplinką ir maisto šviežumą realiuoju laiku, suteiks galių išmaniosioms pakuotėms ir išmaniesiems namams; bus formuojami pramonės klasteriai, o visa grandinė nuo žaliavų sodinimo, medžiagų apdorojimo iki produktų perdirbimo vystysis koordinuotai, efektyviai panaudojant išteklius ir maksimaliai didinant pramonės naudą, tapdama pagrindine pasaulinės žaliųjų medžiagų pramonės jėga ir padėdama tvirtą materialinį pagrindą tvariam žmonių visuomenės klestėjimui.
VIII. Išvada
Kviečių aplinkai nekenksmingos medžiagos, pasižyminčios išskirtiniais aplinkosaugos, išteklių ir eksploatacinių savybių pranašumais, parodė plačias perspektyvas daugelyje sričių. Nors šiuo metu jos susiduria su daugybe iššūkių, tokių kaip technologijos, kaina ir rinka, tikimasi, kad visų šalių suderintomis pastangomis jos įveiks sunkumus. Pasinaudojus proga energingai tobulėti, ne tik bus išspręsta tradicinių medžiagų sukelta aplinkos krizė, bet ir atsiras naujų žaliųjų pramonės šakų, bus pasiekta abipusiai naudinga ekonomikos augimo ir aplinkos apsaugos situacija, pradėta nauja medžiagų srities era ir sukurti geresnius ekologiškus namus ateities kartoms.