S neustálym zlepšovaním globálneho povedomia o ochrane životného prostredia a čoraz naliehavejšou požiadavkou na trvalo udržateľný rozvoj čelia tradičné materiály mnohým výzvam a ekologické materiály z pšenice sa objavili ako nový biomateriál. Tento článok sa venuje charakteristikám, výskumu, vývoju a výrobnému stavu ekologických materiálov z pšenice, podrobne analyzuje ich aplikačné perspektívy v oblasti balenia, textilu, stavebníctva, poľnohospodárstva a ďalších oblastí a skúma príležitosti a výzvy, ktorým čelia, s výhľadom na budúce vývojové trendy s cieľom poskytnúť komplexnú referenciu pre príslušných odborníkov z odvetvia, výskumníkov a tvorcov politík a pomôcť podporiť široké využitie a priemyselnú modernizáciu ekologických materiálov z pšenice.
1. Úvod
V dnešnej dobe sa environmentálne problémy stali jedným z kľúčových faktorov obmedzujúcich rozvoj ľudskej spoločnosti. Tradičné materiály, ako sú plasty a chemické vlákna, spôsobili sériu vážnych problémov, ako je nedostatok zdrojov, vysoká spotreba energie a biele znečistenie počas výroby, používania a spracovania odpadu. V tejto súvislosti je naliehavo potrebné nájsť obnoviteľné, biologicky rozložiteľné a ekologické alternatívne materiály. Pšenica, ako dôležitá potravinárska plodina pestovaná na celom svete, má v procese spracovania, ako je pšeničná slama a pšeničné otruby, obrovský potenciál pre rozvoj materiálov. Postupne sa objavujú ekologické materiály z pšenice, transformované inovatívnymi technológiami, a očakáva sa, že zmenia mnohé priemyselné vzorce.
2. Prehľadpšenica ekologicky šetrné materiály
Zdroje a zložky surovín
Ekologicky šetrné materiály z pšenice sa získavajú prevažne zpšeničná slamaa otruby. Pšeničná slama je bohatá na celulózu, hemicelulózu a lignín a tieto prírodné polyméry poskytujú základnú štrukturálnu podporu materiálu. Celulóza sa vyznačuje vysokou pevnosťou a vysokou kryštalinitou, čo dodáva materiálu húževnatosť; hemicelulóza sa relatívne ľahko degraduje a môže zlepšiť spracovateľský výkon; lignín zvyšuje tuhosť a odolnosť materiálu voči vode. Pšeničné otruby sú bohaté na vlákninu, bielkoviny a malé množstvo tuku, minerálov atď., čo môže doplniť nedostatok zložiek slamy a optimalizovať výkon materiálu, ako je zlepšenie flexibility a povrchových vlastností, vďaka čomu sú vhodnejšie pre diverzifikovanú spracovateľskú technológiu.
Proces prípravy
V súčasnosti proces prípravy ekologických materiálov z pšenice zahŕňa fyzikálne, chemické a biologické metódy. Fyzikálne metódy, ako je mechanické drvenie a lisovanie za tepla, ktoré drvia slamu a následne ju tvarujú za vysokej teploty a vysokého tlaku, sú jednoduché na prevádzku a lacné. Často sa používajú na výrobu primárnych produktov, ako sú jednorazové riady a taniere; chemické metódy zahŕňajú esterifikačné a éterifikačné reakcie, ktoré využívajú chemické činidlá na modifikáciu molekulárnej štruktúry surovín s cieľom zlepšiť priľnavosť a odolnosť materiálov voči vode, aby spĺňali vyššie požiadavky na balenie a textilné aplikácie, ale existuje riziko zvyškov chemických činidiel; biologické metódy využívajú mikroorganizmy alebo enzýmy na degradáciu a transformáciu surovín. Proces je ekologický a šetrný a je možné pripraviť jemné materiály s vysokou pridanou hodnotou. Dlhý fermentačný cyklus a vysoké náklady na enzýmové prípravky však obmedzujú rozsiahle aplikácie a väčšina z nich je v štádiu laboratórneho výskumu a vývoja.
3. Výhody ekologických materiálov z pšenice
Šetrnosť k životnému prostrediu
Z hľadiska hodnotenia životného cyklu preukázali ekologické materiály pšenice svoje výhody. Proces rastu suroviny absorbuje oxid uhličitý a uvoľňuje kyslík, čo pomáha zmierniť skleníkový efekt; výrobný proces má nízku spotrebu energie, čo výrazne znižuje závislosť od fosílnych palív v porovnaní so syntézou plastov na báze ropy; spracovanie odpadu po použití je jednoduché a v prírodnom prostredí sa dá rýchlo biologicky rozložiť, pričom sa zvyčajne rozloží na neškodnú vodu, oxid uhličitý a humus v priebehu niekoľkých mesiacov až niekoľkých rokov, čím sa účinne riešia environmentálne problémy, ako je znečistenie pôdy a upchatie vody spôsobené „storočnou nekorodujúcou schopnosťou“ tradičných plastov.
Obnoviteľnosť zdrojov
Pšenica ako jednoročná plodina sa hojne pestuje a každoročne dosahuje obrovskú celosvetovú produkciu, ktorá dokáže nepretržite a stabilne poskytovať dostatok surovín na prípravu materiálu. Na rozdiel od neobnoviteľných zdrojov, ako sú ropa a uhlie, sú suroviny pšenice pri primeranom plánovaní takmer nevyčerpateľné, čo zabezpečuje dlhodobý dodávateľský reťazec materiálového priemyslu, znižuje priemyselné riziká spôsobené vyčerpávaním zdrojov a je v súlade s konceptom obehového hospodárstva.
Jedinečný výkon
Pšeničné ekologické materiály majú dobré tepelnoizolačné a zvukovoizolačné vlastnosti, ktoré sú odvodené od ich vnútornej pórovitej vláknitej štruktúry. Vzduch ich vypĺňa a vytvára prirodzenú bariéru, čo má významné výhody v oblasti stavebných izolačných dosiek; zároveň má materiál ľahkú textúru a nízku relatívnu hustotu, čo znižuje hmotnosť výrobku a uľahčuje prepravu a použitie. Napríklad v oblasti leteckého balenia znižuje náklady a zároveň zabezpečuje ochranný výkon; okrem toho má aj určité antibakteriálne vlastnosti. Prírodné zložky v pšeničnej slame a pšeničných otrubách majú inhibičný účinok na rast niektorých mikroorganizmov, čím predlžujú trvanlivosť výrobku a majú široké perspektívy v aplikáciách balenia potravín.
4. Oblasti použitia ekologických materiálov z pšenice
Obaľovací priemysel
V oblasti balenia postupne nahrádzajú tradičné plastové obaly materiály šetrné k životnému prostrediu z pšenice. Jednorazový riad, taniere, obedárky, slamky atď. vyrobené z pšeničnej slamy sa vzhľadom podobajú plastu, ale sú netoxické, bez chuti a pri zahrievaní neuvoľňujú škodlivé chemikálie, čo spĺňa potreby donášky potravín. Niektoré veľké cateringové spoločnosti sa ich začali snažiť propagovať; v expresných baleniach sa na výplň používajú výplňové materiály, obálky a kartóny vyrobené z nich, ktoré majú dobrý výplňový výkon, chránia tovar a zároveň sú biologicky odbúrateľné, čím sa znižuje hromadenie expresného odpadu. Platformy elektronického obchodu a expresné spoločnosti ho pilotne vyskúšali a očakáva sa, že pretvorí systém zeleného logistického balenia.
Textilný priemysel
Celulózové vlákno sa extrahuje z pšeničnej slamy a pšeničných otrúb a špeciálnym procesom spriadania sa spracováva na nový typ textilnej tkaniny. Tento typ tkaniny je mäkký a príjemný na pokožku, priedušný a lepšie absorbuje vlhkosť ako čistá bavlna. Je suchý a pohodlný na nosenie, má svoju vlastnú prirodzenú farbu a textúru. Má jedinečnú estetickú hodnotu a objavil sa v oblasti luxusnej módy a bytového zariadenia. Niektoré módne značky uviedli na trh limitované edície oblečenia z pšeničných vlákien, ktoré pritiahli pozornosť trhu a vniesli vitalitu do rozvoja udržateľnej módy.
Stavebný priemysel
Ako stavebný izolačný materiál sa pšeničné ekologické panely ľahko inštalujú a izolačný účinok je porovnateľný s tradičnými polystyrénovými panelmi, ale bez ich nebezpečenstva horľavosti a uvoľňovania toxických plynov, čím sa zlepšuje požiarna bezpečnosť budov. Zároveň sa používajú na interiérové ​​dekorácie, ako sú nástenné dekoračné panely a stropy, na vytvorenie prirodzenej a teplej atmosféry a dokážu tiež regulovať vnútornú vlhkosť, absorbovať pachy a vytvárať zdravé životné prostredie. Niektoré demonštračné projekty ekologických budov ich prijali vo veľkom množstve, čo vedie k trendu zelených stavebných materiálov.
Poľnohospodárske pole
V poľnohospodárskej výrobe zohrávajú dôležitú úlohu kvetináče na sadenice a mulč vyrobený z ekologických materiálov pšenice. Kvety na sadenice sa dajú prirodzene rozložiť a pri presádzaní sadeníc ich nie je potrebné odstraňovať, čím sa zabráni poškodeniu koreňov a zvýši sa miera prežitia sadeníc. Rozložiteľný mulč pokrýva poľnohospodársku pôdu, udržiava vlhkosť a zvyšuje teplotu, aby podporil rast plodín, a po skončení vegetačného obdobia sa rozloží bez toho, aby ovplyvnil pestovanie ďalších plodín, čím sa rieši problém tradičných zvyškov plastového mulču, ktoré znečisťujú pôdu a bránia poľnohospodárskej činnosti, a podporuje sa udržateľný rozvoj poľnohospodárstva.
V. Výzvy, ktorým čelí vývoj ekologických materiálov z pšenice
Technické úzke miesta
Napriek pokroku vo výskume a vývoji stále pretrvávajú technické ťažkosti. Po prvé, optimalizácia výkonu materiálu. Pokiaľ ide o zlepšenie pevnosti a odolnosti voči vode s cieľom splniť zložité scenáre použitia, existujúce technológie nedokážu vyvážiť náklady a výkon, čo obmedzuje rozširovanie špičkových aplikácií. Po druhé, výrobný proces je nestabilný a kolísanie surovín v rôznych šaržiach vedie k nerovnomernej kvalite produktu, čo sťažuje dosiahnutie štandardizovanej veľkovýroby a ovplyvňuje dôveru spoločností v investície a propagáciu na trhu.
Nákladové faktory
V súčasnosti sú náklady na ekologické materiály z pšenice vyššie ako náklady na tradičné materiály. Vo fáze zberu surovín sa slama rozptyľuje, dosah zberu je veľký a skladovanie je náročné, čo zvyšuje náklady na prepravu a skladovanie. Vo fáze výroby sa moderné zariadenia spoliehajú na dovoz, biologické enzýmové prípravky a chemické modifikačné činidlá sú drahé a hoci spotreba energie pri výrobe je relatívne nízka, stále tvoria veľkú časť nákladov. V počiatočnej fáze propagácie na trhu sa ešte nevytvoril efekt rozsahu a náklady na jednotku produktu sa nedajú znížiť. Je v nevýhode v konkurencii s lacnými tradičnými materiálmi, čo bráni spotrebiteľom a podnikom vo výbere.
Povedomie o trhu a jeho akceptácia
Spotrebitelia sú už dlho zvyknutí na tradičné materiály a výrobky a majú obmedzené znalosti o ekologických materiáloch. Obávajú sa o ich trvanlivosť a bezpečnosť a majú malú ochotu ich nakupovať. Na strane podnikov sú obmedzení nákladmi a technickými rizikami a sú opatrní pri prechode na nové materiály. Najmä malé a stredné podniky nemajú dostatok finančných prostriedkov na výskum a vývoj a talentovaných pracovníkov a je ťažké ich včas sledovať. Okrem toho, následný priemyselný reťazec nie je dobre vybavený a chýbajú profesionálne recyklačné a spracovateľské zariadenia, čo ovplyvňuje recykláciu odpadových produktov a následne brzdí rozširovanie trhu s materiálmi na vstupe do výroby.
VI. Stratégie reakcie a rozvojové príležitosti
Spolupráca medzi priemyslom, univerzitami a výskumom s cieľom priniesť prelom v technológiách
Univerzity, vedeckovýskumné inštitúcie a podniky by mali úzko spolupracovať. Univerzity by mali naplno využiť svoje výhody v základnom výskume a preskúmať nové mechanizmy modifikácie materiálov a cesty biotransformácie; vedeckovýskumné inštitúcie by sa mali zamerať na optimalizáciu procesov a spoločne s podnikmi vykonávať pilotnú výrobu s cieľom prekonať problémy s technickou stabilitou; podniky by mali poskytovať finančné prostriedky a spätnú väzbu od trhu na urýchlenie industrializácie výsledkov vedeckého výskumu, ako je napríklad zriadenie spoločných centier výskumu a vývoja, a vláda by mala nadviazať kontakty a poskytovať politickú podporu na podporu technologickej iterácie a modernizácie.
Podpora politiky znižuje náklady
Vláda zaviedla dotačné politiky na poskytovanie dotácií na dopravu surovín s cieľom znížiť logistické náklady; výrobná strana poskytuje daňové úľavy na nákup zariadení a výskum a vývoj nových technológií s cieľom povzbudiť podniky k modernizácii technológií; následné podniky, ktoré používajú ekologické materiály z pšenice, ako sú napríklad obalové a stavebné spoločnosti, dostávajú dotácie na zelené obstarávanie na stimuláciu dopytu na trhu a prostredníctvom podpory celého priemyselného reťazca pomáhajú znižovať náklady a zmenšovať cenový rozdiel v porovnaní s tradičnými materiálmi.
Posilniť publicitu a zvýšiť povedomie
Využívať médiá, výstavy a populárno-vedecké aktivity na propagáciu výhod a prípadov použitia ekologických materiálov z pšenice prostredníctvom viacerých kanálov, prezentovať certifikáciu bezpečnosti a trvanlivosti výrobkov a eliminovať obavy spotrebiteľov; poskytovať podnikom technické školenia a poradenstvo v oblasti transformácie, zdieľať úspešné skúsenosti a stimulovať nadšenie podnikov; zavádzať priemyselné štandardy a systémy identifikácie výrobkov, štandardizovať trh, uľahčiť spotrebiteľom a podnikom identifikáciu a dôveru, vytvoriť dobrú priemyselnú ekológiu a využiť trhové príležitosti v oblasti zelenej spotreby a trvalo udržateľného rozvoja.
VII. Budúci výhľad
Vďaka neustálym technologickým inováciám, neustálemu zlepšovaniu politík a lepšiemu povedomiu o trhu sa očakáva, že ekologické materiály z pšenice povedú k explozívnemu rozvoju. V budúcnosti sa zrodia vysokovýkonné kompozitné pšeničné materiály, ktoré integrujú výhody rôznych prírodných alebo syntetických materiálov a rozšíria sa do high-tech oblastí, ako sú automobily a elektronika; objavia sa inteligentné vnímateľné pšeničné materiály, monitorovanie životného prostredia a čerstvosti potravín v reálnom čase, posilnenie inteligentného balenia a inteligentných domácností; vytvoria sa priemyselné klastre a celý reťazec od pestovania surovín, spracovania materiálov až po recykláciu produktov sa bude rozvíjať koordinovaným spôsobom, čím sa dosiahne efektívne využívanie zdrojov a maximalizujú priemyselné výhody, stanú sa jadrom globálneho priemyslu zelených materiálov a položia sa pevný materiálny základ pre udržateľnú prosperitu ľudskej spoločnosti.
VIII. Záver
Pšeničné ekologické materiály s vynikajúcimi environmentálnymi, zdrojovými a výkonnostnými výhodami preukázali široké perspektívy v mnohých oblastiach. Hoci v súčasnosti čelia mnohým výzvam, ako sú technológie, náklady a trh, očakáva sa, že vďaka spoločnému úsiliu všetkých strán prekonajú tieto ťažkosti. Využitie príležitosti na energický rozvoj nielenže vyrieši environmentálnu krízu spôsobenú tradičnými materiálmi, ale tiež povedie k vzniku nových zelených odvetví, dosiahne obojstranne výhodnú situáciu hospodárskeho rastu a ochrany životného prostredia, otvorí novú éru v oblasti materiálov a vytvorí lepší ekologický domov pre budúce generácie.