Uz kontinuirano poboljšanje globalne svijesti o zaštiti okoliša i sve hitniju potražnju za održivim razvojem, tradicionalni materijali suočavaju se s mnogim izazovima, a pšenični ekološki prihvatljivi materijali pojavili su se kao novi materijali na biološkoj osnovi. Ovaj članak razrađuje karakteristike, istraživanje i razvoj i status proizvodnje ekološki prihvatljivih materijala od pšenice, duboko analizira izglede njegove primjene u pakiranju, tekstilu, građevinarstvu, poljoprivredi i drugim područjima te istražuje mogućnosti i izazove s kojima se suočava, radujući se budućim trendovima razvoja , s ciljem pružanja sveobuhvatne reference za relevantne praktičare u industriji, istraživače i kreatore politike, te pomoć u promicanju široke primjene i industrijske nadogradnje pšenice ekološki prihvatljivi materijali.
1. Uvod
U današnje vrijeme ekološki problemi postali su jedan od ključnih čimbenika koji ograničavaju razvoj ljudskog društva. Tradicionalni materijali kao što su plastika i kemijska vlakna prouzročili su niz ozbiljnih problema kao što su nedostatak resursa, velika potrošnja energije i bijelo onečišćenje tijekom proizvodnje, upotrebe i obrade otpada. U tom kontekstu, hitno je potrebno pronaći obnovljive, razgradive i ekološki prihvatljive alternativne materijale. Kao važna prehrambena kultura koja se široko uzgaja u svijetu, nusproizvodi pšenice u procesu prerade, kao što su pšenična slama i pšenične mekinje, imaju ogroman potencijal za razvoj materijala. Pšenični ekološki prihvatljivi materijali transformirani inovativnim tehnologijama postupno se pojavljuju i očekuje se da će preoblikovati brojne industrijske obrasce.
2. Pregledpšenični ekološki prihvatljivi materijali
Izvori i sastojci sirovina
Pšenica se uglavnom dobiva iz ekološki prihvatljivih materijalapšenična slamai mekinje. Pšenična slama je bogata celulozom, hemicelulozom i ligninom, a ti prirodni polimeri pružaju osnovnu strukturnu potporu za materijal. Celuloza ima karakteristike visoke čvrstoće i visoke kristalnosti, što materijalu daje žilavost; hemiceluloza se relativno lako razgrađuje i može poboljšati učinak obrade; lignin povećava krutost i vodootpornost materijala. Pšenične posije su bogate dijetalnim vlaknima, proteinima i malom količinom masti, minerala itd., što može nadoknaditi nedostatak komponenti slame i optimizirati učinak materijala, kao što je poboljšanje fleksibilnosti i površinskih svojstava, što ga čini prikladnijim za raznoliku tehnologiju prerade .
Proces pripreme
Trenutačno proces pripreme pšeničnog materijala koji je prihvatljiv za okoliš obuhvaća fizičke, kemijske i biološke metode. Fizičke metode poput mehaničkog drobljenja i vrućeg prešanja, koje drobe slamu i zatim je oblikuju pod visokom temperaturom i visokim pritiskom, jednostavne su za rukovanje i niske su cijene. Često se koriste za pripremu primarnih proizvoda kao što su jednokratno posuđe i tanjuri; kemijske metode uključuju reakcije esterifikacije i eterifikacije, koje koriste kemijske reagense za modificiranje molekularne strukture sirovina kako bi se poboljšala adhezija i vodootpornost materijala kako bi se zadovoljili viši zahtjevi za pakiranje i tekstilne primjene, ali postoji rizik od ostataka kemijskih reagensa; biološke metode koriste mikroorganizme ili enzime za razgradnju i transformaciju sirovina. Proces je zelen i nježan, a mogu se pripremiti fini materijali visoke dodane vrijednosti. Međutim, dugi ciklus fermentacije i visoka cijena enzimskih pripravaka ograničavaju široku primjenu, a većina njih je u fazi laboratorijskog istraživanja i razvoja.
3. Prednosti pšenice ekološki prihvatljivih materijala
Ekološka prihvatljivost
Iz perspektive procjene životnog ciklusa, pšenični ekološki prihvatljivi materijali pokazali su svoje prednosti. Njegov proces rasta sirovine apsorbira ugljični dioksid i oslobađa kisik, što pomaže u ublažavanju efekta staklenika; proizvodni proces ima nisku potrošnju energije, što uvelike smanjuje ovisnost o fosilnoj energiji u usporedbi sa sintezom plastike na bazi nafte; obrada otpada nakon upotrebe je jednostavna i može se brzo biorazgraditi u prirodnom okruženju, općenito se razgrađuju u bezopasnu vodu, ugljični dioksid i humus u nekoliko mjeseci do nekoliko godina, učinkovito rješavajući ekološke probleme kao što su onečišćenje tla i začepljenje vode uzrokovano "stogodišnjim nehrđanjem" tradicionalne plastike.
Obnovljivost resursa
Kao jednogodišnji usjev, pšenica je široko rasprostranjena i svake godine ima veliku globalnu proizvodnju, koja može kontinuirano i stabilno osigurati dovoljno sirovina za pripremu materijala. Za razliku od neobnovljivih izvora kao što su nafta i ugljen, sve dok je poljoprivredna proizvodnja razumno planirana, sirovine pšenice su gotovo neiscrpne, što osigurava dugoročni opskrbni lanac materijalne industrije, smanjuje industrijske rizike uzrokovane iscrpljivanjem resursa i u skladu s konceptom kružnog gospodarstva.
Jedinstvena izvedba
Pšenični ekološki prihvatljivi materijali imaju dobra svojstva toplinske i zvučne izolacije, koja proizlaze iz njegove unutarnje porozne strukture vlakana. Zrak ga ispunjava stvarajući prirodnu barijeru, što ima značajne prednosti u području izgradnje izolacijskih ploča; u isto vrijeme, materijal je lagane teksture i niske relativne gustoće, što smanjuje težinu proizvoda i olakšava transport i korištenje. Na primjer, u području ambalaže za zrakoplove, smanjuje troškove dok osigurava zaštitnu učinkovitost; osim toga, ima i određena antibakterijska svojstva. Prirodni sastojci u pšeničnoj slami i pšeničnim mekinjama imaju inhibicijski učinak na rast nekih mikroorganizama, produžujući rok trajanja proizvoda i ima široku perspektivu u primjeni pakiranja hrane.
4. Područja primjene pšeničnog ekološki prihvatljivog materijala
Ambalažna industrija
U području pakiranja, pšenični ekološki prihvatljivi materijali postupno zamjenjuju tradicionalnu plastičnu ambalažu. Što se tiče posuđa za jednokratnu upotrebu, tanjuri, kutije za ručak, slamke itd. izrađeni od pšenične slame izgledom su slični plastici, ali su neotrovni i bez okusa te ne ispuštaju štetne kemikalije kada se zagrijavaju, zadovoljavajući potrebe dostave hrane. Neki veliki lanci ugostiteljskih tvrtki počeli su ih pokušavati promovirati; u ekspresnoj ambalaži za punjenje podstave koriste se amortizirajući materijali, omotnice i kartoni izrađeni od njih, koji imaju dobru amortizaciju, štite robu i istovremeno su razgradivi, smanjujući nakupljanje ekspresnog smeća. Platforme za e-trgovinu i ekspresne tvrtke isprobale su ga, a očekuje se da će preoblikovati zeleni logistički sustav pakiranja.
Tekstilna industrija
Celulozna vlakna izdvajaju se iz pšenične slame i pšeničnih mekinja te posebnim postupkom predenja prerađuju u novu vrstu tekstilne tkanine. Ova vrsta tkanine je mekana i prijatna koži, prozračna i bolje upija vlagu od čistog pamuka. Suh je i ugodan za nošenje, ima svoju prirodnu boju i teksturu. Ima jedinstvenu estetsku vrijednost i pojavio se na području vrhunske mode i kućnog namještaja. Neki modni brendovi lansirali su ograničeno izdanje odjeće od pšeničnih vlakana, što je privuklo pozornost tržišta i ubrizgalo vitalnost u razvoj održive mode.
Građevinska industrija
Kao građevinski izolacijski materijal, pšenične ekološki prihvatljive ploče lako se postavljaju, a učinak izolacije usporediv je s tradicionalnim polistirenskim pločama, ali bez opasnosti od zapaljivosti potonjih i ispuštanja toksičnih plinova, poboljšavajući sigurnost zgrada od požara; u isto vrijeme, koriste se za unutarnje uređenje, kao što su zidni ukrasni paneli i stropovi, za stvaranje prirodne i tople atmosfere, a također mogu prilagoditi unutarnju vlažnost, apsorbirati mirise i stvoriti zdravu životnu okolinu. Neki demonstracijski projekti ekološke gradnje usvojili su ih u velikim količinama, predvodeći trend zelenih građevinskih materijala.
Poljoprivredno polje
U poljoprivrednoj proizvodnji važnu ulogu imaju posude za presadnice i malč od pšeničnog ekološki prihvatljivog materijala. Posude za sadnice mogu se prirodno degradirati i nema potrebe uklanjati posude prilikom presađivanja sadnica, čime se izbjegava oštećenje korijena i poboljšava stopa preživljavanja presađivanja; razgradivi malč prekriva poljoprivredno zemljište, zadržava vlagu i povećava temperaturu kako bi pospješio rast usjeva, i sam se razgrađuje nakon završetka vegetacijske sezone, bez utjecaja na sljedeći uzgoj usjeva, rješavajući problem tradicionalnih plastičnih ostataka malča koji zagađuju tlo i ometaju poljoprivredne operacije, te promiču održivi razvoj poljoprivrede.
V. Izazovi s kojima se suočava razvoj ekološki prihvatljivih materijala za pšenicu
Tehnička uska grla
Unatoč napretku u istraživanju i razvoju, još uvijek postoje tehničke poteškoće. Prvo, optimizacija učinka materijala. U smislu poboljšanja čvrstoće i otpornosti na vodu kako bi se zadovoljili složeni scenariji upotrebe, postojeće tehnologije ne mogu uravnotežiti cijenu i performanse, što ograničava širenje vrhunskih aplikacija. Drugo, proizvodni proces je nestabilan, a fluktuacija sirovinskih sastojaka u različitim serijama dovodi do neujednačene kvalitete proizvoda, što otežava postizanje standardizirane proizvodnje velikih razmjera, utječući na korporativno investicijsko povjerenje i tržišnu promociju.
Čimbenici troškova
Trenutačno je cijena pšeničnog ekološki prihvatljivog materijala veća od cijene tradicionalnog materijala. U fazi skupljanja sirovina, slama je razbacana, radijus skupljanja je velik, a skladištenje je teško, što povećava troškove transporta i skladištenja; u fazi proizvodnje, napredna oprema se oslanja na uvoz, biološki enzimski pripravci i reagensi za kemijsku modifikaciju su skupi, i iako je potrošnja energije u proizvodnji relativno niska, još uvijek čini veliki udio u troškovima; u ranoj fazi tržišne promocije, učinak razmjera nije formiran, a jedinični trošak proizvoda ne može se smanjiti. U nepovoljnijem je položaju u natjecanju s jeftinim tradicionalnim materijalima, što potrošače i poduzeća sprječava u odabiru.
Svijest o tržištu i prihvaćanje
Potrošači su odavno navikli na tradicionalne materijale i proizvode i imaju ograničeno znanje o ekološki prihvatljivim materijalima pšenice. Zabrinuti su za njihovu izdržljivost i sigurnost i nemaju mnogo volje za kupnju; na strani poduzeća, oni su ograničeni troškovima i tehničkim rizicima i oprezni su u pogledu prelaska na nove materijale. Konkretno, malim i srednjim poduzećima nedostaju sredstva za istraživanje i razvoj i talenti te ih je teško pratiti na vrijeme; osim toga, nizvodni industrijski lanac nije dobro opremljen, a nedostaju i profesionalna postrojenja za recikliranje i obradu, što utječe na recikliranje otpadnih proizvoda, a zauzvrat sprječava širenje početnog tržišta materijala.
VI. Strategije odgovora i mogućnosti razvoja
Suradnja industrije, sveučilišta i istraživanja za proboj tehnologije
Sveučilišta, znanstveno-istraživačke institucije i poduzeća trebaju blisko surađivati. Sveučilišta bi trebala u potpunosti iskoristiti svoje prednosti u temeljnom istraživanju i istražiti nove mehanizme modifikacije materijala i puteve biotransformacije; znanstveno-istraživačke institucije trebale bi se usredotočiti na optimizaciju procesa i zajednički provoditi pilot proizvodnju s poduzećima kako bi prevladali probleme tehničke stabilnosti; poduzeća bi trebala osigurati sredstva i tržišne povratne informacije za ubrzavanje industrijalizacije rezultata znanstvenog istraživanja, kao što je uspostavljanje zajedničkih centara za istraživanje i razvoj, a vlada bi se trebala povezati i pružiti političku potporu za promicanje tehnološke iteracije i nadogradnje.
Politika podrške smanjuje troškove
Vlada je uvela politike subvencioniranja kako bi osigurala subvencije za prijevoz za prikupljanje sirovina kako bi smanjila troškove logistike; proizvodna strana omogućuje oslobađanje od poreza za kupnju opreme i istraživanje i razvoj novih tehnologija kako bi se poduzeća potaknula na ažuriranje tehnologije; Nizvodna poduzeća koja koriste pšenične ekološki prihvatljive materijale, kao što su pakirne i građevinske tvrtke, dobivaju subvencije za zelenu nabavu kako bi stimulirala tržišnu potražnju i kroz potporu cijelog industrijskog lanca pomogla smanjiti troškove i smanjiti jaz u cijenama s tradicionalnim materijalima.
Ojačati publicitet i povećati svijest
Koristite medije, izložbe i popularno-znanstvene aktivnosti za objavljivanje prednosti i slučajeva primjene ekološki prihvatljivih materijala pšenice kroz više kanala, prikazivanje certifikata o sigurnosti i trajnosti proizvoda i uklanjanje zabrinutosti potrošača; pružiti tehničku obuku i smjernice za transformaciju za poduzeća, podijeliti uspješna iskustva iz slučajeva i potaknuti korporativni entuzijazam; uspostaviti industrijske standarde i sustave identifikacije proizvoda, standardizirati tržište, olakšati identifikaciju i povjerenje potrošačima i poduzećima, stvoriti dobru industrijsku ekologiju i iskoristiti tržišne prilike zelene potrošnje i održivog razvoja.
VII. Buduća perspektiva
Uz stalne tehnološke inovacije, kontinuirano poboljšanje politika i poboljšanu svijest o tržištu, očekuje se da će pšenični ekološki prihvatljivi materijali dovesti do eksplozivnog razvoja. U budućnosti će se roditi visokoučinkoviti kompozitni pšenični materijali, koji će integrirati prednosti različitih prirodnih ili sintetičkih materijala i proširiti se na područja visoke tehnologije kao što su automobili i elektronika; pojavit će se inteligentni perceptibilni pšenični materijali, praćenje okoliša i svježine hrane u stvarnom vremenu, osnaživanje pametnog pakiranja i pametnih domova; formirat će se industrijski klasteri, a cijeli lanac od sadnje sirovina, obrade materijala do recikliranja proizvoda razvijat će se na koordiniran način, ostvarujući učinkovito korištenje resursa i maksimizirajući industrijske koristi, postajući središnja snaga globalne industrije zelenih materijala i postavljajući čvrst materijalni temelj za održivi prosperitet ljudskog društva.
VIII. Zaključak
Pšenični ekološki prihvatljivi materijali, sa svojim izvanrednim ekološkim prednostima, prednostima resursa i performansama, pokazali su široku perspektivu na mnogim poljima. Iako se trenutačno suočavaju s mnogim izazovima kao što su tehnologija, troškovi i tržište, od njih se očekuje da se probiju kroz poteškoće zajedničkim naporima svih strana. Iskorištavanje prilike za snažan razvoj ne samo da će riješiti ekološku krizu do koje su doveli tradicionalni materijali, već će također iznjedriti zelene industrije u nastajanju, postići dobitnu situaciju gospodarskog rasta i zaštite okoliša, otvoriti novu eru u polju materijala i stvoriti bolji ekološki dom za buduće generacije.