Met de voortdurende verbetering van het wereldwijde bewustzijn van milieubescherming en de steeds dringender wordende vraag naar duurzame ontwikkeling, staan ​​traditionele materialen voor vele uitdagingen. Milieuvriendelijke tarwematerialen hebben zich ontwikkeld tot een opkomend biobased materiaal. Dit artikel gaat dieper in op de kenmerken, het onderzoek, de ontwikkeling en de productiestatus van milieuvriendelijke tarwematerialen, analyseert de toepassingsmogelijkheden ervan in verpakkingen, textiel, bouw, landbouw en andere sectoren grondig, en verkent de kansen en uitdagingen waarmee we te maken hebben. Het artikel kijkt vooruit naar toekomstige ontwikkelingstrends. Het doel is om een ​​uitgebreide referentie te bieden aan relevante professionals, onderzoekers en beleidsmakers in de industrie en bij te dragen aan de brede toepassing en industriële verbetering van milieuvriendelijke tarwematerialen.
1. Inleiding
In het huidige tijdperk zijn milieuproblemen een van de belangrijkste factoren geworden die de ontwikkeling van de menselijke samenleving belemmeren. Traditionele materialen zoals kunststoffen en chemische vezels hebben een reeks ernstige problemen veroorzaakt, zoals een tekort aan grondstoffen, een hoog energieverbruik en witte vervuiling tijdens productie, gebruik en afvalverwerking. Tegen deze achtergrond is het dringend noodzakelijk om hernieuwbare, afbreekbare en milieuvriendelijke alternatieve materialen te vinden. Tarwe, een belangrijk voedselgewas dat wereldwijd veel wordt verbouwd, blijkt een enorm potentieel te hebben voor de ontwikkeling van materialen, met name de bijproducten van tarwe die tijdens het verwerkingsproces vrijkomen, zoals tarwestro en tarwezemelen. Milieuvriendelijke tarwematerialen die door innovatieve technologieën worden getransformeerd, komen geleidelijk op en zullen naar verwachting diverse industriële patronen veranderen.
2. Overzicht vantarwe milieuvriendelijke materialen
Bronnen en ingrediënten van grondstoffen
Milieuvriendelijke tarwematerialen zijn voornamelijk afkomstig vantarwestroen zemelen. Tarwestro is rijk aan cellulose, hemicellulose en lignine, en deze natuurlijke polymeren vormen de basisstructuur van het materiaal. Cellulose heeft de eigenschappen van hoge sterkte en hoge kristalliniteit, wat het materiaal taaiheid geeft; hemicellulose is relatief gemakkelijk afbreekbaar en kan de verwerkingsprestaties verbeteren; lignine verhoogt de stijfheid en waterbestendigheid van het materiaal. Tarwezemelen zijn rijk aan voedingsvezels, eiwitten en een kleine hoeveelheid vet, mineralen, enz., wat het tekort aan strocomponenten kan aanvullen en de materiaalprestaties kan optimaliseren, zoals het verbeteren van de flexibiliteit en oppervlakte-eigenschappen, waardoor het geschikter is voor diverse verwerkingstechnologieën.
Voorbereidingsproces
Momenteel omvat het bereidingsproces van milieuvriendelijke tarwematerialen fysische, chemische en biologische methoden. Fysische methoden zoals mechanisch breken en warmpersen, waarbij het stro wordt vermalen en vervolgens onder hoge temperatuur en druk wordt gevormd, zijn eenvoudig uit te voeren en goedkoop. Ze worden vaak gebruikt voor de bereiding van primaire producten zoals wegwerpservies en -borden; chemische methoden omvatten veresterings- en veretheringsreacties, waarbij chemische reagentia worden gebruikt om de moleculaire structuur van grondstoffen te modificeren en zo de hechting en waterbestendigheid van materialen te verbeteren en te voldoen aan hogere eisen voor verpakkings- en textieltoepassingen, maar er bestaat een risico op residuen van chemische reagentia; biologische methoden gebruiken micro-organismen of enzymen om grondstoffen af ​​te breken en te transformeren. Het proces is milieuvriendelijk en milieuvriendelijk, en er kunnen hoogwaardige, hoogwaardige materialen worden bereid. De lange fermentatiecyclus en de hoge kosten van enzympreparaten beperken echter grootschalige toepassingen, en de meeste bevinden zich in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase van laboratoria.
3. Voordelen van milieuvriendelijke tarwematerialen
Milieuvriendelijkheid
Vanuit het perspectief van levenscyclusanalyse hebben milieuvriendelijke tarwematerialen hun voordelen bewezen. Het groeiproces van de grondstof absorbeert koolstofdioxide en geeft zuurstof af, wat helpt het broeikaseffect te verminderen; het productieproces heeft een laag energieverbruik, wat de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen aanzienlijk vermindert in vergelijking met de synthese van aardoliegebaseerde kunststoffen; de afvalverwerking na gebruik is eenvoudig en het kan snel biologisch worden afgebroken in de natuurlijke omgeving, waarbij het doorgaans binnen enkele maanden tot enkele jaren afbreekt tot onschadelijk water, koolstofdioxide en humus. Dit lost milieuproblemen zoals bodemverontreiniging en waterverstopping, veroorzaakt door de "honderdjarige corrosiebestendigheid" van traditionele kunststoffen, effectief op.
Hernieuwbaarheid van hulpbronnen
Tarwe wordt als eenjarig gewas op grote schaal geplant en heeft een enorme wereldwijde jaarlijkse productie, die continu en stabiel voldoende grondstoffen kan leveren voor de materiaalbereiding. In tegenstelling tot niet-hernieuwbare hulpbronnen zoals olie en steenkool, zijn tarwegrondstoffen, zolang de landbouwproductie redelijk wordt gepland, vrijwel onuitputtelijk. Dit waarborgt de toeleveringsketen van de materiaalindustrie op lange termijn, vermindert de industriële risico's die voortvloeien uit de uitputting van hulpbronnen en voldoet aan het concept van de circulaire economie.
Unieke prestatie
Milieuvriendelijke tarwematerialen hebben goede warmte- en geluidsisolerende eigenschappen dankzij de poreuze vezelstructuur aan de binnenkant. Lucht vult het materiaal en vormt een natuurlijke barrière, wat aanzienlijke voordelen biedt bij het maken van isolatieplaten voor gebouwen. Tegelijkertijd is het materiaal licht van textuur en heeft het een lage relatieve dichtheid, wat het gewicht van het product vermindert en transport en gebruik vergemakkelijkt. In de lucht- en ruimtevaartindustrie verlaagt het bijvoorbeeld de kosten en zorgt het voor een goede bescherming. Bovendien heeft het bepaalde antibacteriële eigenschappen. De natuurlijke ingrediënten in tarwestro en tarwezemelen remmen de groei van sommige micro-organismen, waardoor de houdbaarheid van het product wordt verlengd, en bieden brede perspectieven voor toepassingen in voedselverpakkingen.
4. Toepassingsgebieden van milieuvriendelijke tarwematerialen
Verpakkingsindustrie
Op het gebied van verpakkingen vervangen milieuvriendelijke tarwematerialen geleidelijk traditionele plastic verpakkingen. Wegwerpservies, borden, lunchboxen, rietjes, enz., gemaakt van tarwestro, lijken op plastic, maar zijn niet giftig en smaakloos. Bovendien komen er bij verhitting geen schadelijke chemicaliën vrij, wat voldoet aan de behoeften van voedselbezorgers. Sommige grote cateringbedrijven proberen ze te promoten; in expresverpakkingen worden opvulmaterialen, enveloppen en kartonnen dozen van tarwestro gebruikt om de voering te vullen. Deze materialen bieden goede demping, beschermen de goederen en zijn tegelijkertijd afbreekbaar, waardoor de ophoping van expresafval wordt verminderd. E-commerceplatforms en expresbedrijven hebben er al mee geëxperimenteerd en de verwachting is dat het het groene logistieke verpakkingssysteem zal hervormen.
textielindustrie
Cellulosevezels worden gewonnen uit tarwestro en tarwezemelen en via een speciaal spinproces verwerkt tot een nieuw type textiel. Deze stof is zacht en huidvriendelijk, ademend en absorbeert vocht beter dan puur katoen. Het is droog en comfortabel om te dragen en heeft een eigen natuurlijke kleur en textuur. Het heeft een unieke esthetische waarde en is populair geworden in de high-end mode en woninginrichting. Sommige modemerken hebben kleding van tarwevezels in beperkte oplage gelanceerd, wat de aandacht van de markt heeft getrokken en de ontwikkeling van duurzame mode een impuls heeft gegeven.
Bouwsector
Milieuvriendelijke tarwepanelen zijn eenvoudig te installeren als isolatiemateriaal voor gebouwen. Het isolerende effect is vergelijkbaar met dat van traditionele polystyreenpanelen, maar dan zonder de ontvlambaarheid en de gevaren van giftige gassen die vrijkomen. Dit verbetert de brandveiligheid van gebouwen. Tegelijkertijd worden ze gebruikt voor binnenhuisdecoratie, zoals decoratieve wandpanelen en plafondpanelen, om een ​​natuurlijke en warme sfeer te creëren. Bovendien reguleren ze de luchtvochtigheid binnenshuis, absorberen ze geuren en creëren ze een gezonde leefomgeving. Sommige demonstratieprojecten op het gebied van ecologische bouw hebben ze in grote hoeveelheden toegepast en lopen daarmee voorop in de trend van groene bouwmaterialen.
Landbouwgebied
In de landbouw spelen zaailingpotten en mulch van milieuvriendelijke tarwematerialen een belangrijke rol. Zaailingpotten kunnen op natuurlijke wijze afbreken en hoeven niet te worden verwijderd bij het verplanten van zaailingen. Dit voorkomt wortelschade en verbetert de overlevingskans van de verplante zaailingen. Afbreekbare mulch bedekt landbouwgrond, houdt vocht vast en verhoogt de temperatuur om de gewasgroei te bevorderen. Bovendien breekt het na het groeiseizoen vanzelf af, zonder de volgende teelt te beïnvloeden. Dit lost het probleem op van traditionele plastic mulchresten die de bodem vervuilen en landbouwactiviteiten belemmeren, en bevordert duurzame landbouwontwikkeling.
V. Uitdagingen bij de ontwikkeling van milieuvriendelijke tarwematerialen
Technische knelpunten
Ondanks vooruitgang in onderzoek en ontwikkeling bestaan ​​er nog steeds technische problemen. Ten eerste, optimalisatie van materiaalprestaties. Wat betreft het verbeteren van de sterkte en waterbestendigheid om te voldoen aan complexe gebruiksscenario's, kunnen bestaande technologieën geen evenwicht vinden tussen kosten en prestaties, wat de uitbreiding van hoogwaardige toepassingen beperkt. Ten tweede is het productieproces instabiel en leidt de fluctuatie van grondstoffen in verschillende batches tot een ongelijke productkwaliteit, waardoor gestandaardiseerde grootschalige productie moeilijk te realiseren is, wat het vertrouwen van bedrijven in investeringen en de marktpromotie beïnvloedt.
Kostenfactoren
Momenteel zijn de kosten van milieuvriendelijke tarwematerialen hoger dan die van traditionele materialen. In de fase van het verzamelen van grondstoffen wordt stro verspreid, is de verzamelradius groot en is opslag lastig, wat de transport- en opslagkosten verhoogt; in de productiefase is geavanceerde apparatuur afhankelijk van import; biologische enzympreparaten en chemische modificatiereagentia zijn duur, en hoewel het energieverbruik voor de productie relatief laag is, vertegenwoordigt het nog steeds een groot deel van de kosten; in de vroege fase van marktpromotie is het schaaleffect nog niet aanwezig en kunnen de productkosten per eenheid niet worden verlaagd. Het heeft een nadelige concurrentiepositie ten opzichte van goedkope traditionele materialen, wat consumenten en bedrijven belemmert bij hun keuze.
Marktbewustzijn en acceptatie
Consumenten zijn al lang gewend aan traditionele materialen en producten en hebben beperkte kennis over milieuvriendelijke tarwematerialen. Ze maken zich zorgen over de duurzaamheid en veiligheid ervan en hebben weinig koopbereidheid; aan de kant van de ondernemers worden ze beperkt door kosten en technische risico's en zijn ze terughoudend bij de overstap naar nieuwe materialen. Met name kleine en middelgrote ondernemingen hebben een gebrek aan R&D-middelen en -talenten, en het is moeilijk om tijdig bij te sturen. Bovendien is de downstream industriële keten niet goed uitgerust en is er een gebrek aan professionele recycling- en verwerkingsfaciliteiten, wat de recycling van afvalproducten beïnvloedt en op zijn beurt de uitbreiding van de front-endmarkt voor materialen belemmert.
VI. Responsstrategieën en ontwikkelingsmogelijkheden
Samenwerking tussen industrie, universiteit en onderzoek om technologie te doorbreken
Universiteiten, wetenschappelijke onderzoeksinstellingen en bedrijven zouden nauw moeten samenwerken. Universiteiten zouden hun voordelen in fundamenteel onderzoek ten volle moeten benutten en nieuwe mechanismen voor materiaalmodificatie en biotransformatie moeten verkennen; wetenschappelijke onderzoeksinstellingen zouden zich moeten richten op procesoptimalisatie en samen met bedrijven pilotproductie moeten uitvoeren om technische stabiliteitsproblemen te overwinnen; bedrijven zouden financiering en marktfeedback moeten verstrekken om de industrialisatie van wetenschappelijke onderzoeksresultaten te versnellen, bijvoorbeeld door gezamenlijke R&D-centra op te richten, en de overheid zou technologische iteratie en upgrading moeten bevorderen en beleidsondersteuning moeten bieden.
Beleidsondersteuning verlaagt kosten
De overheid heeft subsidiebeleid ingevoerd om transportsubsidies te verstrekken voor het verzamelen van grondstoffen om zo logistieke kosten te verlagen. De productiekant biedt belastingvrijstellingen voor de aankoop van apparatuur en onderzoek en ontwikkeling van nieuwe technologieën om bedrijven aan te moedigen hun technologie te updaten. Bedrijven verderop in het productieproces die milieuvriendelijke materialen voor tarwe gebruiken, zoals verpakkings- en bouwbedrijven, krijgen subsidies voor groene inkoop om de vraag op de markt te stimuleren. Door de ondersteuning van de volledige industriële keten kunnen ze helpen de kosten te verlagen en het prijsverschil met traditionele materialen te verkleinen.
Versterk de publiciteit en vergroot de bekendheid
Maak gebruik van media, tentoonstellingen en populairwetenschappelijke activiteiten om de voordelen en toepassingsgevallen van milieuvriendelijke tarwematerialen via meerdere kanalen onder de aandacht te brengen, certificering voor productveiligheid en duurzaamheid te tonen en zorgen van consumenten weg te nemen; bied technische training en transformatiebegeleiding voor bedrijven, deel succesvolle praktijkvoorbeelden en stimuleer het enthousiasme bij bedrijven; stel industriële normen en productidentificatiesystemen op, standaardiseer de markt, zorg dat consumenten en bedrijven deze kunnen identificeren en vertrouwen, creëer een goede industriële ecologie en grijp kansen op de markt voor groene consumptie en duurzame ontwikkeling.
VII. Toekomstperspectief
Dankzij voortdurende technologische innovatie, continue verbetering van beleid en een groter marktbewustzijn zullen milieuvriendelijke tarwematerialen naar verwachting een explosieve ontwikkeling doormaken. In de toekomst zullen hoogwaardige composiet tarwematerialen ontstaan, die de voordelen van verschillende natuurlijke of synthetische materialen integreren en zich uitbreiden naar hightechsectoren zoals auto's en elektronica; intelligente, waarneembare tarwematerialen zullen verschijnen, realtime monitoring van de omgeving en de versheid van voedsel, wat slimme verpakkingen en slimme huizen mogelijk maakt; industriële clusters zullen ontstaan ​​en de hele keten, van grondstofwinning en materiaalverwerking tot productrecycling, zal zich op een gecoördineerde manier ontwikkelen, waardoor efficiënt gebruik van hulpbronnen wordt gerealiseerd en industriële voordelen worden gemaximaliseerd. Dit zal de kern vormen van de wereldwijde groene materialenindustrie en een solide basis leggen voor de duurzame welvaart van de menselijke samenleving.
VIII. Conclusie
Milieuvriendelijke tarwematerialen, met hun uitstekende voordelen op het gebied van milieu, grondstoffen en prestaties, hebben in veel sectoren brede perspectieven getoond. Hoewel ze momenteel met veel uitdagingen worden geconfronteerd, zoals technologie, kosten en de markt, wordt verwacht dat ze deze moeilijkheden zullen overwinnen dankzij de gezamenlijke inspanningen van alle partijen. Het grijpen van de kans om zich krachtig te ontwikkelen, zal niet alleen de milieucrisis oplossen die door traditionele materialen wordt veroorzaakt, maar zal ook de aanzet geven tot opkomende groene industrieën, een win-winsituatie creëren van economische groei en milieubescherming, een nieuw tijdperk inluiden op het gebied van materialen en een beter ecologisch thuis creëren voor toekomstige generaties.