МИЦЕЛИЕВЫЙ БИОМАТЕРИАЛ КАК АЛЬТЕРНАТИВА ПЛАСТИКОВОЙ УПАКОВКЕ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЛАСТИКОВЫХ ОТХОДОВ 7
1.1 Классификация и источники образования пластиковых отходов.... 7
1.2 Способы обращения с пластиковыми отходами 12
1.3 Экологические последствия применения пластика 16
1.4 Биоразлагаемая упаковка как один из способов решения
проблемы пластиковых отходов 18
2 ХАРАКТЕРИСТИКА РЕСПУБЛИКИ АДЫГЕЯ 21
2.1 Географическое положение, административно-территориальное
деление Республики Адыгея и природно-климатические особенности .... 21
2.1.1 Рельеф и климат 25
2.1.2 Подземные и поверхностные воды 27
2.1.3 Почвы 28
2.1.4 Растительный и животный мир 31
2.1.5 Особо охраняемые природные территории 35
2.1.6 Население и экономика 37
2.1.7 Экологическая обстановка 42
2.2 Объект исследования 45
2.3 Методика выполнения работы 46
3 СОЗДАНИЕ МИЦЕЛИЕВОГО БИОПЛАСТИКОВОГО МАТЕРИАЛА
(ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ) 48
3.1 Мицелиевый биопластик как альтернатива синтетическим
полимерам 49
3.2 Методы исследования 50
3.3 Материал и результаты исследования 53
4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВНЕДРЕНИЮ МИЦЕЛИЕВОГО
БИОПЛАСТИКА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС РЕСПУБЛИКИ АДЫГЕЯ 57
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 59
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ А 66
1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЛАСТИКОВЫХ ОТХОДОВ 7
1.1 Классификация и источники образования пластиковых отходов.... 7
1.2 Способы обращения с пластиковыми отходами 12
1.3 Экологические последствия применения пластика 16
1.4 Биоразлагаемая упаковка как один из способов решения
проблемы пластиковых отходов 18
2 ХАРАКТЕРИСТИКА РЕСПУБЛИКИ АДЫГЕЯ 21
2.1 Географическое положение, административно-территориальное
деление Республики Адыгея и природно-климатические особенности .... 21
2.1.1 Рельеф и климат 25
2.1.2 Подземные и поверхностные воды 27
2.1.3 Почвы 28
2.1.4 Растительный и животный мир 31
2.1.5 Особо охраняемые природные территории 35
2.1.6 Население и экономика 37
2.1.7 Экологическая обстановка 42
2.2 Объект исследования 45
2.3 Методика выполнения работы 46
3 СОЗДАНИЕ МИЦЕЛИЕВОГО БИОПЛАСТИКОВОГО МАТЕРИАЛА
(ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ) 48
3.1 Мицелиевый биопластик как альтернатива синтетическим
полимерам 49
3.2 Методы исследования 50
3.3 Материал и результаты исследования 53
4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВНЕДРЕНИЮ МИЦЕЛИЕВОГО
БИОПЛАСТИКА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС РЕСПУБЛИКИ АДЫГЕЯ 57
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 59
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ А 66
Актуальность проблемы обусловлена необходимостью безотлагательного решения двух глобальных проблем современности: загрязнения окружающей среды пластиковыми отходами и истощения горючих полезных ископаемых. Широкое использование пластиковой продукции привело к глобальным нарушениям в экосистемах планеты. В настоящее время все среды обитания на Земле загрязнены пластиком настолько, что ситуация близка к критической, а эффективных программ по их очистке не существует.
Пластик - «эпидемия» XXI века: пластиковая посуда, пластиковые пакеты и упаковка, игрушки, мебель, горшки, технические изделия - этот список можно продолжать долго, так как ежедневно люди пользуются той или иной пластиковой продукцией [1].
Ученые из университета Джорджии в США подсчитали, что в среднем за год на планете выкидывается около 300 млн тонн пластикового мусора [2]. Одна часть этого объема поступает на свалки, где пролежит много лет, не разлагаясь, высвобождая токсичные вещества в окружающую среду, медленно отравляя ее. Другая часть поступает в Мировой океан, обрекая морских жителей на гибель. Так, по данным Национального управления океанографии и атмосферы, пластиковый мусор ежегодно уничтожает около 100 тыс. морских млекопитающих, а также миллионы птиц и рыб. На переработку поступает всего 9 % пластиковых отходов [3].
Стоит отметить, что большинство видов пластмасс, предназначенных для одноразового использования, получают из нефти, природного газа, угля - невозобновляемых ресурсов, запасы которых ежеминутно истощаются. Добыча сырья, производство и уничтожение пластмасс путем сжигания, сопровождаются выбросами парниковых газов, токсинов, химических веществ. Все это нарушает хрупкое равновесие в экосистемах планеты.
Проблема пластиковой продукции усугубляется с каждым годом и единственный выход из сложившейся ситуации - переход на альтернативные экологически безопасные технологии.
Понимание последствий загрязнения среды пластиком обусловили наш выбор, несомненно, актуальной темы выпускной квалификационной работы. Осведомленность о загрязнении окружающей среды подталкивает к поиску новых материалов и решений. Ученые всего мира трудятся над тем, чтобы найти экологически чистые альтернативы такому материалу как пластик. И возможно, решение уже найдено.
В 2010 году выпускники политехнического института Ренсселера в США Э. Байер и Г. Макинтайр разработали уникальный метод производства изоляционных материалов, и уже не на основе искусственных или синтетических полимеров, а на основе мицелия грибов. Но вид гриба и детальная технология производства остаются коммерческой тайной компании Ecovative (Нью-Йорк), наладившей производство по выпуску пенопластовой упаковки, состоящей из мицелиевого биополимера [4]. Этот факт вдохновил нас провести собственное исследование по данной проблеме, для того чтобы выяснить какими свойствами обладает мицелий, возможно ли получить мицелиевый биоматериал конкурирующий по своим свойствам с пластиком.
Объектом исследования является вешенкая обыкновенная (Pleurotus ostreatus (Jacq.) P. Kumm).
Цель выпускной квалификационной работы - создание экологически чистого биодеградируемого биопластика на основе мицелия вешенки обыкновенной и изучение возможности внедрения новой технологии.
Цель исследования обусловила решение следующих задач:
1) изучить литературу по теме исследования и сформулировать основные понятия;
2) описать состояние проблемы пластиковых отходов;
3) дать характеристику района, объекта и методов исследования;
4) разработать технологию создания мицелиевого биопластика;
5) описать свойства биоматериала;
6) дать рекомендации по внедрению биопластика в производственный процесс Республики Адыгея.
Научная новизна предлагаемых в работе решений связана с выбором неизученного ранее в данном отношении объекта - базидиального гриба вешенки обыкновенной, а также в новом методе стерилизации с применением природных антисептиков.
Техническая значимость результатов исследования заключается в том, что производство и внедрение биопластиковой продукции позволит: снизить уровень глобальных выбросов загрязняющих веществ, включить в оборот отходы сельскохозяйственного производства, сохранить невозобновимые природные ресурсы, даст возможность использования результатов исследования в других научных разработках.
Практическая значимость результатов исследования заключается в разработке технологии производства биопластика на основе мицелия вешенки обыкновенной. Перспективе коммерциализации результатов работы будут способствовать: во-первых, соотношение низкой цены и высокого, с экологической точки зрения, качества полученного биоматериала по сравнению с существующими синтетическими аналогами, во-вторых, законодательные изменения в сфере природопользования и охраны окружающей среды. Предполагаемая сфера применения мицелиевого биопластика - упаковочная отрасль промышленности. Будущие потребители: индивидуальные предприниматели, семьи и домохозяйства, снабженцы и представители фирм.
Основные положения, выносимые на защиту:
- широкое использование пластиковой продукции привело к глобальным нарушениям в экосистемах планеты и стало основной причиной истощения горючих полезных ископаемых;
- современная система обращения с пластиковыми отходами крайне неэффективна и поэтому существует необходимость внедрения в производство альтернативных материалов, в том числе мицелиевого биоматериала.
Пластик - «эпидемия» XXI века: пластиковая посуда, пластиковые пакеты и упаковка, игрушки, мебель, горшки, технические изделия - этот список можно продолжать долго, так как ежедневно люди пользуются той или иной пластиковой продукцией [1].
Ученые из университета Джорджии в США подсчитали, что в среднем за год на планете выкидывается около 300 млн тонн пластикового мусора [2]. Одна часть этого объема поступает на свалки, где пролежит много лет, не разлагаясь, высвобождая токсичные вещества в окружающую среду, медленно отравляя ее. Другая часть поступает в Мировой океан, обрекая морских жителей на гибель. Так, по данным Национального управления океанографии и атмосферы, пластиковый мусор ежегодно уничтожает около 100 тыс. морских млекопитающих, а также миллионы птиц и рыб. На переработку поступает всего 9 % пластиковых отходов [3].
Стоит отметить, что большинство видов пластмасс, предназначенных для одноразового использования, получают из нефти, природного газа, угля - невозобновляемых ресурсов, запасы которых ежеминутно истощаются. Добыча сырья, производство и уничтожение пластмасс путем сжигания, сопровождаются выбросами парниковых газов, токсинов, химических веществ. Все это нарушает хрупкое равновесие в экосистемах планеты.
Проблема пластиковой продукции усугубляется с каждым годом и единственный выход из сложившейся ситуации - переход на альтернативные экологически безопасные технологии.
Понимание последствий загрязнения среды пластиком обусловили наш выбор, несомненно, актуальной темы выпускной квалификационной работы. Осведомленность о загрязнении окружающей среды подталкивает к поиску новых материалов и решений. Ученые всего мира трудятся над тем, чтобы найти экологически чистые альтернативы такому материалу как пластик. И возможно, решение уже найдено.
В 2010 году выпускники политехнического института Ренсселера в США Э. Байер и Г. Макинтайр разработали уникальный метод производства изоляционных материалов, и уже не на основе искусственных или синтетических полимеров, а на основе мицелия грибов. Но вид гриба и детальная технология производства остаются коммерческой тайной компании Ecovative (Нью-Йорк), наладившей производство по выпуску пенопластовой упаковки, состоящей из мицелиевого биополимера [4]. Этот факт вдохновил нас провести собственное исследование по данной проблеме, для того чтобы выяснить какими свойствами обладает мицелий, возможно ли получить мицелиевый биоматериал конкурирующий по своим свойствам с пластиком.
Объектом исследования является вешенкая обыкновенная (Pleurotus ostreatus (Jacq.) P. Kumm).
Цель выпускной квалификационной работы - создание экологически чистого биодеградируемого биопластика на основе мицелия вешенки обыкновенной и изучение возможности внедрения новой технологии.
Цель исследования обусловила решение следующих задач:
1) изучить литературу по теме исследования и сформулировать основные понятия;
2) описать состояние проблемы пластиковых отходов;
3) дать характеристику района, объекта и методов исследования;
4) разработать технологию создания мицелиевого биопластика;
5) описать свойства биоматериала;
6) дать рекомендации по внедрению биопластика в производственный процесс Республики Адыгея.
Научная новизна предлагаемых в работе решений связана с выбором неизученного ранее в данном отношении объекта - базидиального гриба вешенки обыкновенной, а также в новом методе стерилизации с применением природных антисептиков.
Техническая значимость результатов исследования заключается в том, что производство и внедрение биопластиковой продукции позволит: снизить уровень глобальных выбросов загрязняющих веществ, включить в оборот отходы сельскохозяйственного производства, сохранить невозобновимые природные ресурсы, даст возможность использования результатов исследования в других научных разработках.
Практическая значимость результатов исследования заключается в разработке технологии производства биопластика на основе мицелия вешенки обыкновенной. Перспективе коммерциализации результатов работы будут способствовать: во-первых, соотношение низкой цены и высокого, с экологической точки зрения, качества полученного биоматериала по сравнению с существующими синтетическими аналогами, во-вторых, законодательные изменения в сфере природопользования и охраны окружающей среды. Предполагаемая сфера применения мицелиевого биопластика - упаковочная отрасль промышленности. Будущие потребители: индивидуальные предприниматели, семьи и домохозяйства, снабженцы и представители фирм.
Основные положения, выносимые на защиту:
- широкое использование пластиковой продукции привело к глобальным нарушениям в экосистемах планеты и стало основной причиной истощения горючих полезных ископаемых;
- современная система обращения с пластиковыми отходами крайне неэффективна и поэтому существует необходимость внедрения в производство альтернативных материалов, в том числе мицелиевого биоматериала.
1. Проведенное исследование показало остроту и глобальность пластикового загрязнения, неэффективность существующих систем обращения с пластиковыми отходами, необходимость внедрения альтернативных биоматериалов, перспективность разработки мицелиевого биоматериала, способного заменить пластиковую упаковку.
2. Расширенное использование биопластиков на основе мицелия грибов позволит значительно сократить углеродный след упаковки, сохранить невозобновимые природные ресурсы, снизить зависимость от нефти, природного газа, угля, включить в оборот отходы сельского хозяйства.
3. Выращивание мицелиевого биокомпозита показало значимость стерилизации и соблюдения температурного режима. Стерилизацию можно проводить разнообразными методами, однако в рамках исследования наиболее эффективной оказалась корица. На практике это можно применить в качестве стерилизованной добавки в паровую пресс-установку. Чтобы выдержать условия инкубации в промышленном масштабе можно применить камеру вегетации. Активаторы роста играют огромную роль в скорости созревания готового продукта. Пренебрегать ими не стоит. Предпочтение стоит отдавать безопасным добавкам, не содержащим вредных веществ.
4. Мицелиевый биопластик оказался гидрофобным материалом, поэтому его рекомендуется применять для производства упаковки, которая будет использоваться в помещениях.
5. В рамках работы рассмотрен один представитель большого отдела базидиомицетов. Предполагаем, что технологию выращивания биоматериала можно применить и к другим видам базидиальных грибов с сапротрофным типом питания. При этом конечный продукт может иметь другие физические свойства. В этой связи необходимы дальнейшие исследования, в этом направлении.
6. Адыгея в силу географического положения - наиболее предпочтительный и благоприятный регион для проектирования предприятия, выпускающего биопластиковую продукцию на основе мицелия базидиальных грибов.
2. Расширенное использование биопластиков на основе мицелия грибов позволит значительно сократить углеродный след упаковки, сохранить невозобновимые природные ресурсы, снизить зависимость от нефти, природного газа, угля, включить в оборот отходы сельского хозяйства.
3. Выращивание мицелиевого биокомпозита показало значимость стерилизации и соблюдения температурного режима. Стерилизацию можно проводить разнообразными методами, однако в рамках исследования наиболее эффективной оказалась корица. На практике это можно применить в качестве стерилизованной добавки в паровую пресс-установку. Чтобы выдержать условия инкубации в промышленном масштабе можно применить камеру вегетации. Активаторы роста играют огромную роль в скорости созревания готового продукта. Пренебрегать ими не стоит. Предпочтение стоит отдавать безопасным добавкам, не содержащим вредных веществ.
4. Мицелиевый биопластик оказался гидрофобным материалом, поэтому его рекомендуется применять для производства упаковки, которая будет использоваться в помещениях.
5. В рамках работы рассмотрен один представитель большого отдела базидиомицетов. Предполагаем, что технологию выращивания биоматериала можно применить и к другим видам базидиальных грибов с сапротрофным типом питания. При этом конечный продукт может иметь другие физические свойства. В этой связи необходимы дальнейшие исследования, в этом направлении.
6. Адыгея в силу географического положения - наиболее предпочтительный и благоприятный регион для проектирования предприятия, выпускающего биопластиковую продукцию на основе мицелия базидиальных грибов.