Tvaresnis oro filtravimas: biopolimerai išbandyti ir įvertinti KTU

Kasdien kvėpuojame manydami, kad švarus patalpų oras yra savaime suprantamas. Tačiau už šio komforto slypi plati filtravimo industrija, kasmet sunaudojanti didelius kiekius plastikinių filtrų ir paliekanti reikšmingą ekologinį pėdsaką. Pandemijos laikotarpis parodė, jog net sveikatos apsaugai skirtos filtravimo priemonės gali tapti nauju plastiko atliekų šaltiniu, todėl vis dažniau keliamas klausimas: kaip užtikrinti kokybišką oro filtravimą nekenkiant aplinkai?

Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto (KTU CTF) mokslininkų tyrimai rodo, kad atsakymas egzistuoja: biopolimerų pagrindu kuriami filtrai gali prilygti sintetiniams ir net juos pranokti, kartu siūlydami tvaresnį gamybos bei atliekų tvarkymo sprendimą.

Oro filtravimas – viena svarbiausių priemonių, užtikrinančių gerą patalpų oro kokybę ir žmonių sveikatą. Vis dėlto ši technologija turi būti vertinama viso gyvavimo ciklo požiūriu – nuo žaliavų gavybos iki atliekų tvarkymo. Dauguma tradicinių filtrų gaminami iš naftos kilmės polimerų, tokių kaip polipropilenas (PP) ir polietileno tereftalatas (PET). Jų gamyba ne tik naudoja iškastinius išteklius, bet ir didina šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas.

Kas yra biopolimerai?

Biopolimerai – tai plati polimerų grupė, kuriai priklauso polimerinės medžiagos, gaunamos iš atsinaujinančių biologinės kilmės šaltinių. Šie šaltiniai gali būti įvairios augalinės kilmės žaliavos (kukurūzai, cukranendrės, augaliniai aliejai), mikroorganizmai ar biologinės atliekos.

„Biopolimerai paprastai skirstomi į tris pagrindines grupes. Pirmoji grupė – natūralūs polimerai, gaunami tiesiogiai iš gamtoje esančių medžiagų, pavyzdžiui, krakmolo ar celiuliozės. Antrajai grupei priskiriami mikroorganizmų biosintetinami polimerai, tokie kaip polihidroksialkanoatai (PHA) ir polilaktinė rūgštis (PLA)“, – pasakoja KTU CTF mokslininkė Goda Masionė.

Trečioji grupė – cheminės sintezės biopolimerai, kurių cheminė struktūra identiška iš naftos išgautiems polimerams, tačiau jie gaminami naudojant biologinės kilmės monomerus (pvz., bio-poliamidas, bio-propilenas, bio-polietilenas).

„Kiekviena iš šių kategorijų turi savitų savybių ir panaudojimo galimybių įvairiose srityse, tačiau antroji ir trečioji grupės pasižymi didžiausiu potencialu, nes jų savybės artimos įprastiniams plastikams“, – pažymi ji.

Gali pranokti sintetinius oro filtrus

KTU mokslininkai atliko išsamius tyrimus, kad įvertintų biopolimerų tinkamumą oro filtravimui. Rezultatai parodė, jog didžiausią potencialą turi polibutileno sukcinatas (PBS), polilaktinė rūgštis (PLA) ir poliamidas 1010 (PA1010). Šios medžiagos išsiskiria palankiomis fizikinėmis savybėmis – tinkamu pluošto skersmeniu, dideliu hidrofobiškumu ir lengvu apdorojimu.

„Šių biopolimerų naudojimas suteikia reikšmingų aplinkosauginių privalumų, palyginti su tradicinėmis medžiagomis – jie mažina poveikį aplinkai, ypač šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas, ir mažina priklausomybę nuo iškastinių žaliavų. Tai sudaro sąlygas kurti tvaresnes filtravimo sistemas ir mažinti jų ekologinį pėdsaką“, – pabrėžia KTU CTF profesorius dr. Dainius Martuzevičius.

Tyrimo metu sukurtos filtrinės medžiagos parodė labai skirtingą filtravimo efektyvumą – nuo maždaug 50 iki daugiau kaip 99 proc., priklausomai nuo biopolimero tipo ir struktūros.

„Tarp jų didžiausią efektyvumą demonstravo PLA ir PA1010 pagrindu sukurti filtrai – atitinkamai 99,91 ir 99,85 proc. dalelėms, mažesnėms nei 1 mikrometras. Šie rezultatai rodo, kad filtrai, pagaminti iš biopolimerų, savo veiksmingumu gali prilygti ar net pranokti įprastas sintetines filtravimo medžiagas“, – dalijasi jis.

Būtinybė ieškoti tvaresnių alternatyvų

G. Masionė teigia, kad biopolimerų pagrindu kuriami filtrai gali būti taikomi srityse, kur reikalingas itin aukštas filtravimo efektyvumas. COVID-19 pandemija parodė, kokie reikšmingi yra tokie sprendimai – smarkiai išaugęs apsauginių kaukių, respiratorių ir kitų filtrų naudojimas atskleidė didelį šių produktų mastą ir jų poveikį aplinkai.

„2020–2022 m. pasaulyje buvo sunaudota apie 900 mlrd. vienkartinių apsauginių kaukių, o jų gamyba sukėlė beveik 18 mln. tonų CO₂ emisijų. Ši situacija aiškiai parodė būtinybę ieškoti tvaresnių alternatyvų“, – pabrėžia ji.

Dar viena perspektyvi sritis – pastatų oro filtravimas, ypač viešuosiuose ir komerciniuose objektuose, kur vis daugiau dėmesio skiriama tvarumui ir pastatų sertifikavimui (pvz., BREEAM, LEED). Tokiuose projektuose biopolimerų naudojimas ne tik techniškai įmanomas, bet ir aktualus aplinkosauginiu požiūriu, nes padeda sumažinti poveikį aplinkai per visą produkto gyvavimo ciklą.

„Vartotojas čia yra labai svarbi grandis, galinti paskatinti pokyčius rinkoje ir gamyboje. Kaskart rinkdamiesi produktą ir atkreipdami dėmesį į jo sudėtį bei poveikį aplinkai, siunčiame aiškų signalą gamintojams ir prekybininkams. Kai vartotojai teikia pirmenybę tvaresniems sprendimams, gamintojai priversti ieškoti naujų technologijų, investuoti į inovatyvias medžiagas ir diegti tvaresnius gamybos metodus“, – pažymi KTU mokslininkė.

Didėjant vartotojų sąmoningumui – spaudimas gamintojams

D. Martuzevičius pastebi, kad nauji ES reikalavimai, įgyvendinami pagal Tvarių produktų ekologinio projektavimo reglamentą, žymi sisteminį posūkį link didesnio produktų skaidrumo ir gamintojų atsakomybės. Tikėtina, kad artimiausiu metu šie principai bus taikomi ir filtrų sektoriui, įpareigojant gamintojus pateikti išsamią informaciją apie produktų sudėtį, tvarumo rodiklius ir poveikį aplinkai.

„Šie pokyčiai siekia sustiprinti gaminių ekologinį projektavimą (angl. ecodesign) ir užtikrinti didesnį aiškumą, pasitelkiant tokias priemones kaip aplinkosauginės gaminio deklaracijos (angl. Environmental Product Declaration, EPD). Tai reiškia, kad filtrų gamintojams teks ne tik atsakingiau rinktis žaliavas, bet ir atidžiau vertinti gamybos procesų poveikį visam būvio ciklui“, – aiškina jis.

Gamintojams tai taps ir iššūkiu, ir galimybe: reikės investuoti į tvaresnes technologijas ir procesus, tačiau kartu atsiras galimybė išsiskirti rinkoje kaip socialiai atsakingiems ir tvariems tiekėjams.

„Vartotojams šie pokyčiai suteiks daugiau skaidrumo, leidžiant rinktis produktus, pagrįstus aiškia ir objektyvia informacija apie jų poveikį aplinkai. Tai, savo ruožtu, gali paskatinti bendrą rinkos transformaciją, nes didėjantis vartotojų sąmoningumas darys spaudimą gamintojams kurti vis tvaresnius produktus“, – svarsto jis.

Kyla etinių iššūkių

G. Masionė atkreipia dėmesį, kad biologinis skaidumas dažnai suvokiamas kaip tvarumo rodiklis, tačiau oro filtrų atveju tai ne visuomet reiškia mažesnį poveikį aplinkai. Naudoti filtrai gali būti užteršti, todėl jų kompostavimas ar biodegradavimas tampa sudėtingas ir kartais net pavojingas, nes kyla teršalų patekimo į aplinką rizika. Netinkamai sutvarkyti jie gali tapti mikroplastikų šaltiniu.

„Teoriškai filtrus būtų galima perdirbti, tačiau užterštų filtrų regeneravimas ir valymas yra sudėtingi ir reikalauja daug energijos. Todėl praktikoje jie dažniausiai deginami arba patenka į sąvartynus“, – aiškina KTU mokslininkė.

Pasak jos, nors biopolimerų taikymas filtrų gamyboje gali atrodyti kaip žingsnis tvarumo link, jų gamybai gali reikėti daug žemės, vandens ir kitų resursų. Be to, kai kurie biopolimerai gaminami iš pirmosios kartos žaliavų, t. y. maistinių kultūrų, todėl kyla etinių diskusijų dėl konkurencijos su maisto gamyba. Reikšminga dalį poveikio gali sudaryti ir žaliavų transportavimas bei logistika.

„Dėl šių aplinkybių vis daugiau dėmesio skiriama antrosios ir trečiosios kartos biomasės šaltiniams, pavyzdžiui, maisto ir žemės ūkio atliekoms ar dumbliams. Tokios žaliavos nekonkuruoja su maistu ir leidžia panaudoti antrines biologines medžiagas, taip stiprinant žiedinės ekonomikos principų įgyvendinimą“, – priduria ji.