Czy wyroby chemiczne mogą zastąpić konwencjonalne surowce?
Rosnący popyt na surowce przy jednoczesnych wahaniach ich cen sprzyja poszukiwaniu rozwiązań alternatywnych. Chemiczne substytuty surowców mogą spowodować obniżenie kosztów produkcji i ustabilizować ceny. Niekiedy substytuty posiadają lepszą jakość bądź są bardziej ekologiczne od ich naturalnych odpowiedników. Ale zmiany mogą dokonywać się również w ramach tworzyw sztucznych. Nowe związki chemiczne często charakteryzują się bowiem wyższą jakością i mniejszą szkodliwością dla środowiska naturalnego.
Zastępowanie surowców naturalnych chemicznymi odpowiednikami ma długą historię. W Polsce już w latach 30-tych XX wieku na masową skale prowadzono produkcję syntetycznego kauczuku. Innym przykładem jest benzyna syntetyczna pozyskiwana w wyniku syntezy Fischera-Tropscha.
W czasie II wojny światowej Niemcy masowo wytwarzali paliwa syntetyczne ze względu na problemy w zaopatrzeniu w ropę naftową. Po wojnie metoda nie miał szans na osiągnięcie sukcesu rynkowego, ponieważ niższe ceny paliw pochodzących z ropy naftowej czyniły produkcję benzyny syntetycznej nieopłacalną. Obecnie jednak wraca się do idei pozyskiwania alternatywnych źródeł surowca na przykład poprzez produkcję biopaliw.
Stosowanie substytutów ma coraz szersze zastosowanie. W USA rośnie na przykład popularność żywności stworzonej w laboratoriach. Rynek sztucznie hodowanego mięsa, nabiału uzyskanego z roślin oraz innych substytutów jest już warto ponad 3,7 mld USD. Dzięki nowym technologiom udało się znacznie obniżyć koszty produkcji. Cena mięsa wyhodowanego w laboratorium zmniejszyła się tysiąckrotnie.
Tworzywa sztuczne stają się coraz bardziej ekologiczne
Wprowadzenie tworzyw sztucznych do przemysłu doprowadziło do zastąpienia wielu używanych wcześniej surowców naturalnych. Popularność tych tworzyw wynikała z korzyści, jakie niosło ich zastosowanie w przemyśle. Są one przede wszystkim lżejsze od tradycyjnych materiałów, charakteryzują się dużą odpornością na czynniki fizyczne i chemiczne, łatwo się je przetwarza i barwi, mają też bardziej estetyczny wygląd.
Nic więc dziwnego, że tworzywa sztuczne umożliwiły znaczne obniżenie kosztów produkcji a przez to większą dostępność wielu towarów. Można powiedzieć, że druga połowa XX wieku była erą tworzyw sztucznych. Użycie polimerów syntetycznych pozwoliło zmniejszyć udział w produkcji tradycyjnych surowców takich jak: węgiel, ropa naftowa czy drewno.
Niestety łatwość wytwarzania stała się powodem gwałtownego wzrostu ilości produkowanych odpadów. Największy problem stanowią opakowania jednorazowe. Obecnie stanowią one 30 procent wszystkich odpadów wytwarzanych przez człowieka. Aż 60 procent wszystkich wyrobów z tworzyw sztucznych produkuje się dla przemysłu spożywczego. Należą do nich między innymi jednorazowe butelki po napojach, torby, folie, opakowania na żywność i inne. Zazwyczaj produkty te kończą żywot po jednorazowym wykorzystanie i trafiają na wysypiska śmieci.
Ponieważ większość ze stosowanych obecnie polimerów syntetycznych nie ulega rozkładowi pod wpływem czynników naturalnych, przemysł chemiczny pracuje nad materiałami foto oraz – biodegradowalnymi. Muszą one jednak podlegać rozkładowi dopiero po spełnieniu swojej funkcji.
Degradacja materiału może dokonywać się zatem poprzez czynniki takie jak: promieniowanie elektromagnetyczne, wysoka temperatura, działanie związków chemicznych oraz sił mechanicznych. Rozpad polimeru może dokonywać się również pod wpływem czynników biologicznych.
Tworzywa sztuczne pożywieniem dla bakterii
Niektóre polimery mogą stanowić pożywienie dla bakterii, grzybów albo glonów. Organizmy poprzez proces trawienia rozkładają je na proste związki chemiczne, które występują w środowisku naturalnym takie jak woda, dwutlenek węgla, metan oraz sole mineralne.
Polimer taki może w ciągu 6 miesięcy zostać całkowicie rozłożony w glebie lub wodzie. Dzięki zastosowaniu materiałów, które rozkładane są przez mikroorganizmy, tworzywa sztuczne przestają stanowić zagrożenie dla środowiska naturalnego. Nie muszą być one specjalnie składowane. Tworzywo sztuczne zachowuje więc swoje właściwości, natomiast rozwiązany zostaje problem zanieczyszczenia środowiska. Niestety wytwarzanie materiałów podlegających degradacji jest ciągle droższe, niż tradycyjnych tworzyw sztucznych.
Tworzywa takie można stosować do produkcji jednorazowych butelek, sztućców, kubków tacek albo toreb na zakupy. Znajdują również zastosowanie w medycynie, na przykład do produkcji absorbowanych nici chirurgicznych. Dzięki zastosowaniu biodegradacji prawdopodobnie uda się rozwiązać problem ogromnych ilości odpadów pochodzących z jednorazowych produktów.
Jak widać, wyroby chemiczne, które zastępują naturalne surowce, cały czas są udoskonalane. Ich stosowanie stwarza problemy, jednak postęp w chemii wiele z tych problemów rozwiązuje. Rosnąca świadomość zagrożeń dla środowiska naturalnego sprzyja szukaniu rozwiązań zmierzających do wprowadzania na rynek bardziej ekologicznych rozwiązań.
Lotnictwo i astronautyka poszukują coraz lżejszych materiałów
Branża lotnicza ciągle rozwija się. Jednak konkurencja na rynku wymaga coraz większych oszczędności ze strony linii lotniczych. Zmniejszanie zużycia paliwa samolotów wymaga budowy coraz lżejszych konstrukcji. Przez wiele lat podstawowym materiałem, z którego wykonywano kadłuby samolotów było aluminium. Ten lekki metal nie zapewnia już jednak wystarczającej oszczędności paliwa.
Pojawiły się jednak materiały kompozytowe, które – ze względu na niewielką wagę i dużą wytrzymałość – idealnie sprawdzają się zarówno jako surowiec do wykonywania wewnętrznych części samolotu, jak i powłok zewnętrznych. Wykonywane są z nich elementy kabiny, schowki na bagaż, panele ścienne, fotele podłogi, ale również elementy struktury. Dzięki zastosowaniu nowego materiału znacznie zmniejsza się całkowita masa samolotu. Zastąpienie aluminium przez włókna węglowe zmniejsza na przykład wagę foteli lotniczych o 40 do 50 proc.
Stałe zmniejszanie kosztów materiałów do produkcji włókien węglowych zwiększa skalę ich zastosowania również w innych branżach, dzięki czemu wypierają one inne surowce. Przewiduje się również, że coraz więcej elementów samolotów będzie wykonywane z włókien węglowych. Najwięksi producenci samolotów próbują dzięki obniżeniu masy swoich maszyn przyciągnąć klientów perspektywą coraz niższych kosztów ich eksploatacji.
Najnowsze konstrukcje dużych samolotów pasażerskich już prawie w całości pokryte są różnymi materiałami kompozytowymi. W maszynie boeing 787 materiały te stanowią 50 procent masy wszystkich zastosowanych przy budowie. Dla porównania w przypadku starszego boeingu 777 50 procent masy materiałów stanowi aluminium. W modelu 787 udział aluminium spadł do 20 procent, 15 procent masy samolotu stanowi tytan a 10 procent stal. Choć masa kompozytów stanowi 50 procent masy samolotu, udział tych materiałów w całej konstrukcji to aż 80 proc. Widać zatem, jak bardzo zastosowanie materiałów kompozytowych wpływa na redukcję masy a przez to zużycia paliwa.
Zastosowanie kompozytów umożliwiło również stworzenie największego samolotu pasażerskiego na świecie airbusa A380. W jego przypadku kompozyty stanową 20 proc wszystkich elementów konstrukcji kadłuba.
Konstruktorzy planują jednak dalsze zwiększenie udziału kompozytów przy produkcji samolotów. Mają one wypierać aluminium i stal w przy wytwarzaniu dużych elementów konstrukcyjnych. Przewagę kompozytów stanowi również odporność na większość chemikaliów i utlenianie oraz stabilność wymiarów w różnych temperaturach.
Materiały kompozytowe coraz częściej używane są również w przemyśle kosmicznym. Nowe materiały zmniejszają wagę statku kosmicznego, czynią go trwalszym i bardziej odpornym na czynniki zewnętrzne.
Znaczenie surowców chemicznych dla przemysłu
Przemysł chemiczny umożliwił powstanie wielu zamienników tradycyjnych surowców. Powstały dzięki niemu syntetyczne włókna, witaminy, składniki kosmetyków i materiały potrzebne do produkcji samolotów. Można przypuszczać, że wraz ze wzrostem zapotrzebowania na światowym rynku i przy ograniczonych zapasach surowców naturalnych coraz większą role w przemyśle odgrywać będą materiały stworzone przez chemików, lub takie, które powstały dzięki osiągnięciom chemii.
Pojawiają się wprawdzie opinie, że niektóre produkty syntetyczne są gorszej jakości od tradycyjnych. Wydaje się jednak, że postęp badań może zniwelować te różnice. Podobnie wymogi dotyczące ochrony środowiska również mogą zostać osiągnięte przez stosowanie coraz to nowych rozwiązań. Zastosowaniu syntetycznych składników sprzyja również rosnąca konkurencja na globalnym rynku.
Dodaj komentarz