Polymery z obnovitelných zdrojů: Vlastnosti a využití

25.12.2025

Polymery hrají klíčovou roli v moderní společnosti, avšak s rostoucí produkcí plastů vyvstávají otázky ohledně udržitelnosti a dopadu na životní prostředí. Proto se stále více pozornosti věnuje polymerům z obnovitelných zdrojů, které nabízejí potenciální řešení pro snížení závislosti na fosilních palivech a minimalizaci negativních dopadů na planetu.

Polymery si lidé běžně asociují s plasty, které mezi částí laické veřejnosti nemají nejlepší pověst. Už na střední škole mě zaujalo, že se jednalo o progresivní materiály. Jsou vlastně nejmladší odnoží chemie, vedle té organické a anorganické. Teprve minulý rok jsme měli oslavy 100 let od doby, kdy chemici porozuměli struktuře polymerů. Na začátku probíhala velká debata. Neexistovali žádní polymerní chemici, takže s prvotní ideou přišlo pár organických chemiků. A ten, co měl pravdu (Hermann Staudinger), musel dlouho bojovat, než prosadil - celé tehdejší chemické komunitě navzdory - myšlenku, že polymery nejsou nějaké shluky malých molekul, ale obrovské makromolekuly. Většina renomovaných chemiků myslela, že tak velké molekuly nemohou být stabilní a musí jít o shluky. Jenže se spletli. Mně se na polymerech líbilo a líbí, že jako moderní materiály mají řadu aplikací a jde o komplexní téma. V organické chemii často syntetizujeme nějakou novou látku, popíšeme ji, a tím proces víceméně skončí. Pro nás ale v tenhle moment práce často teprve začíná, protože nás zajímají materiálové vlastnosti syntetizované látky a k čemu by mohla být v praxi dobrá.

Co jsou bioplasty?

O bioplastech (obvykle biopolymerech) mluvíme ve dvojím smyslu: jednak tak označujeme látky „bio-based“, vyrobené z obnovitelných surovin - dnes tedy především kukuřice, sóje a technických plodin. Část z nich má obdobné vlastnosti jako látky z fosilních zdrojů, v přírodě se tedy snadno nerozkládá. Druhý význam tohoto pojmu označuje biodegradovatelné plasty podle normy EN 13 432: tedy látky vyrobené z obnovitelných, ale i neobnovitelných (obvykle fosilních) zdrojů, které se ale v přírodě rozpadají výrazně dříve než jiné plasty (tedy v horizontu měsíců či maximálně několika let oproti několika stoletím či dokonce tisíciletím). Zhruba polovina z nich se dnes využívá pro balení.

Důležité je, že se sice zvyšuje výroba polymerů z obnovitelných zdrojů i biodegradabilních, ale u těch prvních roste nesrovnatelně rychleji než u druhých. Zatímco ještě před čtyřmi lety byla produkce plastů z obnovitelných zdrojů oproti biodegradabilním zanedbatelná, v roce 2015 ji už se zhruba milionem tun bude převyšovat v poměru 10:7. Podle Evropské univerzity bioplastů v Hannoveru mezi plasty z obnovitelných zdrojů dominuje bioPE, kterého se v roce 2010 vyrobilo 200 000 tun. S odstupem následují škroby a kyselina polymléčná, s dalším odstupem PHA.

Druhy biopolymerů

Polymery na bázi termoplastického škrobu: Jsou odvozeny z kukuřice, brambor, pšenice, tapioky a dalších zemědělských surovin. Škrob je relativně dostupný a nákladově efektivní, ale má nízké výkonové vlastnosti a je citlivý na vlhkost. Ve většině případů slouží jako přísada k dalších polymerů.
PLA (kyselina polymléčná): Polymeruje se z kyseliny mléčné získané z cukrové třtiny, kukuřice, brambor a dalších rostlin.
PHA (polyhydroxyalkanoát): Je vyroben pomocí zvoleného kmene bakterií a uložen jako „tuk“, který se použije pro výrobu polymerů.

Vlastnosti a využití polymerů z obnovitelných zdrojů

Materiály na bázi přírodních obnovitelných zdrojů se odbourávají na složky, které se nacházející v přírodě, a tak se přirozeně recyklují. Většina polymerů na bázi obnovitelných zdrojů má mechanické vlastnosti podobné konvenčním polymerům. Specifické mechanické vlastnosti, např. pevnost v tahu a pružnost závisí na surovině a na výrobním postupu. Konvenční polymery PS (polystyren) a PET (polyetylen tereftalát) představují relativně pevné materiály, zatímco PE (polyetylen) je relativně pružný.

Čtěte také: Vývoj solární energie

Biopolymer PLA (na bázi polymléčné kyseliny) lze různě změkčovat, až se získají mechanické a bariérové vlastnosti konvenčních polymerů (LDPE; polyetylen nízké hustoty), LLDPE (lineární polyetylen nízké hustoty) a PS. PLA je tak perspektivní přírodní materiál pro balení potravin, např.

Většina polymerů na bázi přírodních obnovitelných zdrojů vykazuje hydrofilní chování. Vzhledem k tomu, že řada potravin vyžaduje obalové materiály odolné vůči vlhkosti, toto chování materiálu je nepřijatelné. Porovnáním propustnosti pro vodní páru u různých obalů na bázi přírodních obnovitelných zdrojů a biodegradovatelných obalů s konvenčními materiály se ukazuje, že lze vyrábět materiály s propustností vodní páry srovnatelnou s propustností určitých konvenčních plastů. Pokud se vyžaduje vysoká bariéra vůči vodní páře, lze použít jen málo materiálů na bázi obnovitelných přírodních zdrojů.

Plasty na bázi biopolymerů se využívají pro různé účely, např. Ačkoliv se do výzkumu a vývoje věnují nemalé prostředky, využití obalů na bázi obnovitelných zdrojů pro potravinářské účely je zatím dosti omezené. Neočekává se, že materiály na bázi obnovitelných zdrojů v brzké budoucnosti nahradí konvenční materiály. Vzhledem k jejich obnovitelnému původu jde však rozhodně o materiály budoucnosti.

Příklady využití

Výrobky krátkodobé spotřeby (polymerních obalových materiálů a výrobků z nich, výrobků pro cateringové potřeby, atp.): PLA, polymer na bázi kyseliny mléčné.
Vstřikování dílů o malé tloušťce: PLA materiál s obchodním označením Biopolymer 3251D firmy Nature - Works.

Recyklace a biodegradace

Irena Prokopová z Ústavu polymerů VŠCHT zdůrazňuje rozdíl mezi biodegradací a kompostovatelností jako jednou z jejích forem. Biodegradace je proces katalyzovaný biologicky aktivním systémem, který vede k mineralizaci a/nebo biomase, tedy uhynulým mikroorganismům. Mineralizace je přitom přeměnou organického materiálu na přirozeně se vyskytující plyny: oxid uhličitý CO2 v tzv. aerobním prostředí (tedy v přítomnosti kyslíku), v anaerobním pak v nepřítomnosti kyslíku kromě CO2 vzniká ještě metan (CH4).

Podle I. Prokopové není oxobiodegradace skutečnou biodegradací. Oxobiodegradovatelné polymery tvoří většinou PP či PE s přísadou látky TDPA, která vlivem kyslíku a UV složky slunečního záření rozloží zmíněné polymery na malé kousky - ty ale v půdě zůstávají a stávají se nechtěnou součástí potravního řetězce. Dosud totiž nebyl nalezen mikroorganismus, který by se do jejich uhlíkové vazby dokázal „zakousnout“.

Čtěte také: Udržitelná Budoucnost

Obecně je možno konstatovat, že materiály a výrobky obsahující PLA jsou shromažďovány v rámci standardního sběru, bez jejich separace od ostatních plastů. Je to dáno ekonomickými zákony, relativně malé množství PLA se trhu nevyplatí samostatně třídit a tak končí, většinou jako nežádoucí příměs, ve smíšené plastové frakci. Proto se hledají cesty jak proces ukončení životního cyklu těchto výrobků zefektivnit a výsledky zhodnotit.

Jednou z cest je recyklace na bázi rozpouštědel. Jednou z organizací zabývajících se naznačenou problematikou je i Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV, Freising, Německo. Tento institut se, mimo jiné, zabývá komplexním hodnocením procesu výroby PLA a jeho recyklací. Způsob je vhodný pro směsný odpad a kompozity a je unikátní v tom, že odstraňuje i rozpustné nečistoty - degradační produkty, oligomery, aditiva. Rozpouštědlový způsob recyklace byl odzkoušen i pro standardní plasty jako PS, PET, PP, PE, PA, ABS.

Výzvy a budoucnost

Dříve, než se materiály na bázi obnovitelných zdrojů stanou konkurenceschopnou alternativou potravinářských obalů, bude ještě zapotřebí provést rozsáhlý výzkum a vývoj v oblasti biopolymerů. V současné době jsou náklady spojené s výrobou mnoha biopolymerů téměř stejné nebo mírně převyšují náklady na výrobu PET a PA, kromě PHAs (polyhydroxyalkanoátů), jejichž náklady převyšují náklady na konvenční plasty desetinásobně. Rozsah výroby biopolymerů je však mnohem nižší než konvenčních materiálů, což ovlivňuje cenu.

V současnosti nemá využívání bioplastů valný smysl. Pokud jde o „bio-based“, jejich význam zřejmě vzroste s vyčerpáním zásob ropy. Pokud jde o biodegradabilní plasty, ani ty dnes vzhledem ke své často nedokonalé rozložitelnosti, problematickému třídění a následnému ztížení recyklace jiných plastů nejsou ideální cestou. V této chvíli je rozumné používání těchto plastů pro specifické účely se zohledněním ekologických dopadů celého životního cyklu výrobku.

Recyklaci ale nelze opakovat donekonečna, což biodegradaci - u „bio-based“ plastů - otevírá v dlouhodobém horizontu šance.

Čtěte také: VŠCHT a obnovitelné zdroje

tags: #polymery #z #obnovitelnych #zdroju #vlastnosti #a