Līdz ar nepārtrauktu globālās izpratnes uzlabošanos par vides aizsardzību un arvien steidzamāku pieprasījumu pēc ilgtspējīgas attīstības, tradicionālie materiāli saskaras ar daudziem izaicinājumiem, un kviešu videi draudzīgie materiāli ir parādījušies kā jauns bioloģiskas izcelsmes materiāls. Šajā rakstā ir sīkāk aplūkotas kviešu videi draudzīgo materiālu īpašības, pētniecības un attīstības, kā arī ražošanas statuss, padziļināti analizētas to pielietojuma perspektīvas iepakojumā, tekstilizstrādājumos, būvniecībā, lauksaimniecībā un citās jomās, kā arī izpētītas iespējas un izaicinājumi, paredzot nākotnes attīstības tendences, cenšoties sniegt visaptverošu atsauci attiecīgajiem nozares praktiķiem, pētniekiem un politikas veidotājiem, kā arī palīdzēt veicināt kviešu videi draudzīgo materiālu plašu pielietojumu un rūpniecisku modernizāciju.
1. Ievads
Mūsdienās vides problēmas ir kļuvušas par vienu no galvenajiem faktoriem, kas ierobežo cilvēku sabiedrības attīstību. Tradicionālie materiāli, piemēram, plastmasa un ķīmiskās šķiedras, ir izraisījuši virkni nopietnu problēmu, piemēram, resursu trūkumu, augstu enerģijas patēriņu un balto piesārņojumu ražošanas, lietošanas un atkritumu apstrādes laikā. Ņemot vērā iepriekš minēto, ir steidzami jāatrod atjaunojami, noārdāmi un videi draudzīgi alternatīvi materiāli. Kvieši, kas ir nozīmīga pārtikas kultūra, ko plaši audzē pasaulē, pārstrādes procesā radušies blakusprodukti, piemēram, kviešu salmi un kviešu klijas, ir atzīti par milzīgu materiālu attīstības potenciālu. Pakāpeniski parādās kviešu videi draudzīgi materiāli, ko pārveido inovatīvas tehnoloģijas, un paredzams, ka tie mainīs vairākus rūpniecības modeļus.
2. Pārskats parkviešu videi draudzīgi materiāli
Izejvielu avoti un sastāvdaļas
Kviešu videi draudzīgie materiāli galvenokārt tiek iegūti nokviešu salmiun klijas. Kviešu salmi ir bagāti ar celulozi, hemicelulozi un lignīnu, un šie dabiskie polimēri nodrošina materiāla pamata strukturālo atbalstu. Celulozei piemīt augsta izturība un augsta kristāliskums, kas piešķir materiālam stingrību; hemiceluloze ir relatīvi viegli noārdāma un var uzlabot apstrādes veiktspēju; lignīns uzlabo materiāla stingrību un ūdensizturību. Kviešu klijas ir bagātas ar šķiedrvielām, olbaltumvielām un nelielu daudzumu tauku, minerālvielām utt., kas var papildināt salmu sastāvdaļu trūkumu un optimizēt materiāla veiktspēju, piemēram, uzlabojot elastību un virsmas īpašības, padarot to piemērotāku daudzveidīgākai apstrādes tehnoloģijai.
Sagatavošanas process
Pašlaik kviešu videi draudzīgu materiālu sagatavošanas process aptver fizikālas, ķīmiskas un bioloģiskas metodes. Fizikālās metodes, piemēram, mehāniskā drupināšana un karstā presēšana, kas sasmalcina salmus un pēc tam veido tos augstā temperatūrā un spiedienā, ir vienkārši lietojamas un lētas. Tās bieži izmanto primāro produktu, piemēram, vienreizlietojamo trauku un šķīvju, sagatavošanai; ķīmiskās metodes ietver esterifikācijas un ēterifikācijas reakcijas, kurās izmanto ķīmiskos reaģentus, lai modificētu izejvielu molekulāro struktūru, lai uzlabotu materiālu adhēziju un ūdensizturību, lai tie atbilstu augstākām iepakojuma un tekstilizstrādājumu pielietojuma prasībām, taču pastāv ķīmisko reaģentu atlieku risks; bioloģiskās metodes izmanto mikroorganismus vai fermentus, lai noārdītu un pārveidotu izejvielas. Process ir videi draudzīgs un saudzīgs, un var sagatavot augstas pievienotās vērtības smalkus materiālus. Tomēr fermentu preparātu ilgais fermentācijas cikls un augstās izmaksas ierobežo liela mēroga pielietojumu, un lielākā daļa no tiem atrodas laboratorijas pētniecības un izstrādes stadijā.
3. Kviešu videi draudzīgu materiālu priekšrocības
Videi draudzīgums
No dzīves cikla novērtējuma viedokļa kviešu videi draudzīgie materiāli ir parādījuši savas priekšrocības. To izejvielu augšanas process absorbē oglekļa dioksīdu un izdala skābekli, kas palīdz mazināt siltumnīcas efektu; ražošanas procesam ir zems enerģijas patēriņš, kas ievērojami samazina atkarību no fosilā kurināmā salīdzinājumā ar plastmasas sintēzi uz naftas bāzes; atkritumu apstrāde pēc lietošanas ir vienkārša, un to var ātri bioloģiski noārdīt dabiskajā vidē, parasti dažu mēnešu vai gadu laikā sadaloties nekaitīgā ūdenī, oglekļa dioksīdā un humusā, efektīvi risinot tādas vides problēmas kā augsnes piesārņojums un ūdens aizsprostojumi, ko izraisa tradicionālās plastmasas "simts gadu nerūsēšana".
Resursu atjaunojamība
Kā viengadīga kultūra kvieši tiek plaši stādīti un katru gadu iegūst milzīgu globālu ražu, kas var nepārtraukti un stabili nodrošināt pietiekamu izejvielu daudzumu materiālu sagatavošanai. Atšķirībā no neatjaunojamiem resursiem, piemēram, naftas un oglēm, ja vien lauksaimnieciskā ražošana tiek saprātīgi plānota, kviešu izejvielas ir gandrīz neizsmeļamas, kas nodrošina materiālu nozares ilgtermiņa piegādes ķēdi, samazina resursu noplicināšanas radītos rūpnieciskos riskus un atbilst aprites ekonomikas koncepcijai.
Unikāla veiktspēja
Kviešu videi draudzīgie materiāli ir ar labām siltumizolācijas un skaņas izolācijas īpašībām, kas iegūtas no to iekšējās porainās šķiedru struktūras. To piepilda gaiss, veidojot dabisku barjeru, kam ir ievērojamas priekšrocības ēku izolācijas plātņu jomā; vienlaikus materiālam ir viegla tekstūra un zems relatīvais blīvums, kas samazina produkta svaru un atvieglo transportēšanu un lietošanu. Piemēram, kosmosa iepakojuma jomā tas samazina izmaksas, vienlaikus nodrošinot aizsargājošu veiktspēju; turklāt tam piemīt arī noteiktas antibakteriālas īpašības. Kviešu salmu un kviešu kliju dabīgās sastāvdaļas kavē dažu mikroorganismu augšanu, pagarinot produkta glabāšanas laiku, un tām ir plašas perspektīvas pārtikas iepakojuma pielietojumos.
4. Kviešu videi draudzīgu materiālu pielietojuma jomas
Iepakojuma nozare
Iepakojuma jomā kviešu videi draudzīgie materiāli pakāpeniski aizstāj tradicionālos plastmasas iepakojumus. Vienreizlietojamo trauku ziņā šķīvji, pusdienu kastes, salmiņi utt., kas izgatavoti no kviešu salmiem, pēc izskata ir līdzīgi plastmasai, taču ir netoksiski un bezgaršīgi, un karsējot neizdala kaitīgas ķīmiskas vielas, apmierinot pārtikas piegādes vajadzības. Daži lieli ēdināšanas uzņēmumu ķēdes ir sākuši mēģināt tos popularizēt; ekspresiepakojumā oderējuma aizpildīšanai tiek izmantoti no tiem izgatavoti amortizējoši materiāli, aploksnes un kartona kastes, kam ir laba amortizācijas veiktspēja, kas aizsargā preces un vienlaikus ir noārdāmas, samazinot ekspresatkritumu uzkrāšanos. E-komercijas platformas un ekspresuzņēmumi to ir izmēģinājuši, un paredzams, ka tas pārveidos zaļās loģistikas iepakojuma sistēmu.
Tekstilrūpniecība
Celulozes šķiedra tiek iegūta no kviešu salmiem un kviešu klijām un, izmantojot īpašu vērpšanas procesu, pārstrādāta jauna veida tekstila audumā. Šāda veida audums ir mīksts un ādai draudzīgs, elpojošs un labāk absorbē mitrumu nekā tīra kokvilna. Tas ir sauss un ērts valkāšanai, tam ir sava dabiskā krāsa un tekstūra. Tam ir unikāla estētiskā vērtība, un tas ir parādījies augstas klases modes un mājas mēbeļu jomā. Daži modes zīmoli ir laiduši klajā ierobežotas tirāžas kviešu šķiedras apģērbu, kas ir piesaistījis tirgus uzmanību un ienesis vitalitāti ilgtspējīgas modes attīstībā.
Būvniecības nozare
Kā ēku izolācijas materiāls, kviešu videi draudzīgie paneļi ir viegli uzstādāmi, un izolācijas efekts ir salīdzināms ar tradicionālajiem polistirola paneļiem, taču bez pēdējo uzliesmojamības un toksisko gāzu izdalīšanās apdraudējuma, uzlabojot ēku ugunsdrošību; vienlaikus tos izmanto iekšējai apdarei, piemēram, sienu dekoratīvajiem paneļiem un griestiem, lai radītu dabisku un siltu atmosfēru, kā arī var regulēt iekštelpu mitrumu, absorbēt smakas un radīt veselīgu dzīves vidi. Daži ekoloģisko ēku demonstrācijas projekti tos ir pieņēmuši lielos daudzumos, vadot zaļo būvmateriālu tendenci.
Lauksaimniecības lauks
Lauksaimniecības ražošanā svarīga loma ir stādu podiem un mulčai, kas izgatavoti no videi draudzīgiem materiāliem no kviešiem. Stādu podi var dabiski noārdīties, un, pārstādot stādus, podi nav jānoņem, tādējādi novēršot sakņu bojājumus un uzlabojot pārstādīšanas izdzīvošanas rādītājus; noārdāmā mulča pārklāj lauksaimniecības zemi, saglabā mitrumu un paaugstina temperatūru, lai veicinātu kultūraugu augšanu, un pati sadalās pēc augšanas sezonas beigām, neietekmējot nākamo kultūraugu audzēšanu, risinot tradicionālās plastmasas mulčas atlikumu problēmu, kas piesārņo augsni un kavē lauksaimniecības darbības, kā arī veicinot ilgtspējīgu lauksaimniecības attīstību.
V. Izaicinājumi, ar kuriem saskaras kviešiem paredzētu videi draudzīgu materiālu izstrāde
Tehniskas problēmas
Neskatoties uz pētniecības un attīstības progresu, joprojām pastāv tehniskas grūtības. Pirmkārt, materiālu veiktspējas optimizācija. Runājot par izturības un ūdensizturības uzlabošanu, lai apmierinātu sarežģītus lietošanas scenārijus, esošās tehnoloģijas nespēj līdzsvarot izmaksas un veiktspēju, kas ierobežo augstas klases lietojumprogrammu paplašināšanos. Otrkārt, ražošanas process ir nestabils, un izejvielu sastāvdaļu svārstības dažādās partijās noved pie nevienmērīgas produktu kvalitātes, apgrūtinot standartizētas liela mēroga ražošanas sasniegšanu, ietekmējot uzņēmumu investīciju uzticību un tirgus veicināšanu.
Izmaksu faktori
Pašlaik kviešu videi draudzīgo materiālu izmaksas ir augstākas nekā tradicionālajiem materiāliem. Izejvielu savākšanas posmā salmi ir izkaisīti, savākšanas rādiuss ir liels un uzglabāšana ir sarežģīta, kas palielina transporta un noliktavu izmaksas; ražošanas posmā modernas iekārtas ir atkarīgas no importa, bioloģisko enzīmu preparāti un ķīmiskās modifikācijas reaģenti ir dārgi, un, lai gan ražošanas enerģijas patēriņš ir relatīvi zems, tas joprojām veido lielu daļu no izmaksām; tirgus veicināšanas sākumposmā mēroga efekts vēl nav izveidojies, un vienības produkta izmaksas nevar samazināt. Tas ir neizdevīgā situācijā, konkurējot ar lētiem tradicionālajiem materiāliem, kas kavē patērētāju un uzņēmumu izvēli.
Tirgus izpratne un pieņemšana
Patērētāji jau sen ir pieraduši pie tradicionāliem materiāliem un produktiem, un viņu zināšanas par videi draudzīgiem materiāliem ir ierobežotas. Viņi uztraucas par to izturību un drošību, un viņiem ir maza vēlme pirkt; uzņēmumu pusē tos ierobežo izmaksu un tehniskie riski, un viņi ir piesardzīgi attiecībā uz pāreju uz jauniem materiāliem. Jo īpaši maziem un vidējiem uzņēmumiem trūkst pētniecības un attīstības līdzekļu un talantu, un ir grūti laikus sekot līdzi; turklāt lejupējā rūpniecības ķēde nav labi aprīkota, un trūkst profesionālu pārstrādes un apstrādes iekārtu, kas ietekmē atkritumu produktu pārstrādi un savukārt kavē materiālu sākotnējā tirgus paplašināšanos.
VI. Reaģēšanas stratēģijas un attīstības iespējas
Rūpniecības, universitāšu un pētniecības sadarbība tehnoloģiju attīstībai
Universitātēm, zinātniskās pētniecības iestādēm un uzņēmumiem ir cieši jāsadarbojas. Universitātēm ir pilnībā jāizmanto savas priekšrocības fundamentālajos pētījumos un jāizpēta jauni materiālu modifikācijas mehānismi un biotransformācijas ceļi; zinātniskās pētniecības iestādēm ir jākoncentrējas uz procesu optimizāciju un kopīgi jāveic izmēģinājuma ražošana ar uzņēmumiem, lai pārvarētu tehniskās stabilitātes problēmas; uzņēmumiem ir jānodrošina finansējums un tirgus atsauksmes, lai paātrinātu zinātnisko pētījumu rezultātu industrializāciju, piemēram, izveidojot kopīgus pētniecības un attīstības centrus, un valdībai ir jāveido sadarbības partneri un jānodrošina politikas atbalsts, lai veicinātu tehnoloģisko iterāciju un modernizāciju.
Politikas atbalsts samazina izmaksas
Valdība ir ieviesusi subsīdiju politiku, lai nodrošinātu transporta subsīdijas izejvielu savākšanai, lai samazinātu loģistikas izmaksas; ražošanas puse nodrošina nodokļu atbrīvojumus iekārtu iegādei un jaunu tehnoloģiju pētniecībai un attīstībai, lai mudinātu uzņēmumus atjaunināt tehnoloģijas; lejupējās ražošanas uzņēmumiem, kas izmanto kviešu videi draudzīgus materiālus, piemēram, iepakošanas un būvniecības uzņēmumiem, tiek piešķirtas zaļā iepirkuma subsīdijas, lai stimulētu tirgus pieprasījumu, un, atbalstot visu rūpniecības ķēdi, tiek palīdzēts samazināt izmaksas un mazināt cenu starpību ar tradicionālajiem materiāliem.
Stiprināt publicitāti un uzlabot informētību
Izmantojiet plašsaziņas līdzekļus, izstādes un populārzinātniskas aktivitātes, lai vairākos kanālos reklamētu kviešu videi draudzīgu materiālu priekšrocības un pielietojuma gadījumus, demonstrētu produktu drošības un izturības sertifikāciju un novērstu patērētāju bažas; sniegtu uzņēmumiem tehniskās apmācības un pārveidošanas vadlīnijas, dalītos veiksmīgā pieredzē un veicinātu korporatīvo entuziasmu; izveidotu nozares standartus un produktu identifikācijas sistēmas, standartizētu tirgu, atvieglotu patērētājiem un uzņēmumiem identificēšanu un uzticēšanos, radītu labu rūpniecisko ekoloģiju un izmantotu zaļā patēriņa un ilgtspējīgas attīstības tirgus iespējas.
VII. Nākotnes perspektīvas
Pateicoties nepārtrauktai tehnoloģiskai inovācijai, politikas nepārtrauktai uzlabošanai un uzlabotai tirgus izpratnei, paredzams, ka kviešu videi draudzīgie materiāli piedzīvos eksplozīvu attīstību. Nākotnē radīsies augstas veiktspējas kompozītmateriālu kviešu materiāli, kas integrēs dažādu dabisko vai sintētisko materiālu priekšrocības, un paplašināsies uz augsto tehnoloģiju jomām, piemēram, automašīnām un elektroniku; parādīsies inteliģenti, uztverami kviešu materiāli, vides un pārtikas svaiguma uzraudzība reāllaikā, dodot iespēju viedajam iepakojumam un viedajām mājām; tiks veidoti rūpniecības klasteri, un visa ķēde no izejvielu stādīšanas, materiālu apstrādes līdz produktu pārstrādei attīstīsies koordinēti, realizējot efektīvu resursu izmantošanu un maksimāli palielinot rūpnieciskos ieguvumus, kļūstot par globālās zaļo materiālu nozares galveno spēku un liekot stabilu materiālo pamatu cilvēku sabiedrības ilgtspējīgai labklājībai.
VIII. Secinājums
Kviešu videi draudzīgie materiāli ar izcilām vides, resursu un veiktspējas priekšrocībām ir parādījuši plašas perspektīvas daudzās jomās. Lai gan pašlaik tie saskaras ar daudziem izaicinājumiem, piemēram, tehnoloģiju, izmaksu un tirgus ziņā, tiek sagaidīts, ka tie pārvarēs grūtības, pateicoties visu pušu saskaņotiem centieniem. Izmantojot iespēju enerģiski attīstīties, ne tikai tiks atrisināta tradicionālo materiālu izraisītā vides krīze, bet arī tiks radītas jaunas zaļās nozares, panākta abpusēji izdevīga ekonomiskā izaugsme un vides aizsardzība, pavērts jauns laikmets materiālu jomā un radītas labākas ekoloģiskas mājas nākamajām paaudzēm.