Slovenský bioplast je svetový unikát. Dokáže rozkladom vyživovať rastliny a je 100 % prírodný (ROZHOVOR)

Prvý slovenský bioplast spod rúk profesora Pavla Alexyho, ktorý vznikol v spolupráci s Fakultou chemickej a potravinárskej technológie STU a slovenskou spoločnosťou Panara, má pre svet obrovský potenciál. Jeho tretia generácia je už takmer na dosah. Produkty z prvej či druhej si už mohol zazrieť a okúsiť na vlastné oči. Nonoilen, svojím zložením špeciálny a bezkonkurenčný bioplast, ti zmení pohľad na všetky plastové produkty.

„Spravidla sa poskytujú len neúplné informácie, ako napríklad to, že výrobok je vyrobený z obnoviteľných zdrojov. Ale už sa nepovie, že len napríklad 30% a zvyšok je fosílny. Alebo, že fólia je 100% vyrobená zo škrobu, no ide napríklad o polyetylén, ktorý sa nikdy nebude v komposte rozkladať,“ hovorí profesor Alexy.

Čo predstavuje a z čoho presne je Nonoilen vyrobený?

Nonoilen je celá škála bioplastov, zmesí vyrobených z komerčne dostupných základných biopolymérov. Hlavnými zložkami sú kyselina polymliečna (PLA) a polyhudroxybutyrát (PHB), prvá generácia bioplastov Nonoilen. Druhá generácia okrem týchto dvoch základných polymérov obsahuje špeciálne upravený škrob, takzvaný termoplastický škrob (TPS). PLA sa vyrába takisto zo škrobu a PHB je metabolickým produktom niektorých mikroorganizmov a priemyselne sa takisto vyrába biotechnologicky.

Okrem týchto základných zložiek sa do zmesí pridávajú ekologické zmäkčovadlá, takmer výlučne estery kyseliny citrónovej. V súčasnosti sa pracuje na tretej generácii, na výrobu ktorej sa bude využívať organický odpad z iných priemyselných výrob založených na spracovaní biomasy a okrem toho by mala mať lepšie mechanické vlastnosti a ešte ľahšiu rozložiteľnosť v biologicky aktívnom prostredí. Základnou filozofiou Nonoilenu je to, aby surovinová báza pre polyméry nebola fosílna, ale z obnoviteľných zdrojov.

Kedy začal jeho vývoj a v akej fáze sa nachádzate dnes?

Presné datovanie začiatku vývoja Nonoilenu je ťažko povedať. Nonoilen ako taký je logickým pokračovaním systematického výskumu a vývoja ekologických plastov, ktorý kolektív pod mojim vedením začal v polovici 90-tych rokov minulého storočia. Vtedy boli moderné a aktuálne úplne iné, prevažne syntetické typy biodegradovateľných plastov. Avšak vznik Nonoilenu (prvá prihláška vynálezu na tento typ bioplastu bola podaná v roku 2011) by nebol možný bez predchádzajúcich skúseností v tejto oblasti výskumu a vývoja.

O 6 rokov na to, v roku 2017, bola podaná prihláška vynálezu na druhú generáciu Nonoilenu. Z hľadiska vývoja sme vo fáze prípravy tretej generácie. Z hľadiska aplikačného využitia Nonoilenu máme definitívne vyvinuté receptúry pre obalové fólie z prvej generácie a prakticky je ukončená aj druhá generácia, kde nám treba už len overiť výrobu v priemyselných podmienkach.

Takisto máme ukončený vývoj receptúr na výrobu vstrekovaných výrobkov (poháre, misky, príbory a iné ) z prvej generácie a pre technické výrobky máme dokončenú aj vstrekovaciu receptúru druhej generácie. Tiež je overený základný typ polotovaru pre termoforming – výrobu rôznych kelímkov, blistrových obalov a podobne. Z hľadiska naštartovania priemyselnej výroby granulátov sme tesne pred investičným vstupom a plánujeme objednávku priemyselnej linky s kapacitou cca 4000 ton ročne začiatkom roku 2021 a spustenie štandardnej výroby v lete 2021.

Za jeho vývojom stojí množstvo práce a času. Prečo ste sa doň pustili, čo bolo hlavnou motiváciou? 

Cieľom celej snahy nebol primárne vznik nového plastu. Tiež pracovať na čo najekologickejších riešeniach v oblasti polymérov systematicky a zlepšovať tak ekologickú situáciu a životné prostredie ako také. To bolo motívom a hnacou silou, prispieť k lepšiemu a kvalitnejšiemu prostrediu pre život na tejto planéte v oblasti, v ktorej sme sa cítili byť odborníkmi. Vznik riešenia typu Nonoilen je zrejme len akousi odmenou za našu snahu a úsilie. A áno, vedeli sme, že práce bude veľa, ale bez práce to žiaľ (alebo skôr chvalabohu) nejde.

Okrem toho, tým, že pôsobím na univerzite, daná téma mi umožnila dať svojim študentom a mladým kolegom platformu, ktorá nie je len čisto akademická pre tvorbu odborných publikácií, ale vytvára možnosti pre sebarealizáciu v praktickej rovine, čo je určite pre každého mladého človeka značný impulz. A myslím, že podstatne väčším benefitom ako vznik Nonoilenu je práve to, čo si z toho všetkého dokázali zobrať tí mladí kolegovia. A nehovorím dúfam len o chémii.

V čom sa líši od iných biodegradovateľných plastov, môže sa niekde široká verejnosť informovať o ich zložení pre porovnanie?

Tá odlišnosť je všeobecne v troch základných parametroch. V kombinácii týchto troch atribútov je Nonoilen jedinečný. Ostatné bioplasty na trhu minimálne jeden z týchto parametrov nemajú. Napríklad PLA samotná je vyrobené z obnoviteľných surovín, je však príliš krehká, nie je možné z nej vyrábať flexibilné a húževnaté výrobky a má zlú tvarovú stabilitu za zvýšených teplôt.

Pohár z Nonoilenu je možné umývať v horúcej vode až do 100 °C, z PLA to možné nie je. Zmesi, z ktorých sa vyrábajú flexibilné fólie a biorozložiteľné vrecká a vrecia, ktoré sú aktuálne na trhu, obsahujú cca 50 % polymérneho základu z fosílnych zdrojov surovín. Nonoilen dokáže byť flexibilný aj bez fosílnych polymérov. Podobne by sa dalo pokračovať v ďalších odlišnostiach.

Ako prebieha proces jeho výroby a aké sú jeho mechanické vlastnosti?

Ako som už spomenul, výroba Nonoilenu je založená na zmiešavaní viacerých základných polymérov a aditív, avšak nejde len o obyčajné mechanické zmiešanie, ale ide o tzv. reaktívne miešanie, kedy v tavenine prebiehajú špecifické chemické reakcie, ktoré dávajú výslednému produktu niektoré výnimočné vlastnosti. Napríklad to, že napriek tomu, že obsahuje PLA, ktorá sa v podmienkach domáceho kompostu nerozkladá, Nonoilen je takéhoto rozkladu schopný.

V prípade druhej generácie je možné aj pri vysokom obsahu škrobu v zmesi dosiahnuť veľmi dobré mechanické vlastnosti. Alebo aj to, že v prípade tretej generácie, ak sa podarí úspešne dokončiť jej vývoj, bude po biorozklade substrát obohatený o niektoré chemické prvky potrebné pre výživu rastlín, čo iné bioplasty neposkytujú.

Pokiaľ ide o mechanické vlastnosti, Nonoilen je možné modifikovať v pomerne širokom rozpätí od tvrdých a pevných materiálov až po vysoko flexibilné, ťažné materiály. Mechanickými vlastnosťami je podobný zodpovedajúcim syntetickým ekvivalentom.

Akým spôsobom sa Nonoilen dostane k ľuďom, teda aké aplikácie sa naň pripravujú?

Niektoré výrobky sa už v malých sériách produkujú. Ide najmä o poháre na nápoje, takisto poháre pre zubné ambulancie, ale aj obalové fólie, vrecká a tašky, vrecia na bioodpad a podobne. Zatiaľ, kým nie je spustená riadna priemyselná výroba, sa tieto produkty vyrábajú na zákazku pre konkrétnych obchodných partnerov či spolupracujúcich firiem a organizácií. Spomenúť možno napríklad prvé puzdro na mobilný telefón, ktoré bolo v malej sérii uvedené na trh približne pred rokom.

Čo pre vás predstavuje ideálny scenár jeho použitia, ktorá oblasť?

Ideálny scenár aplikácie Nonoilen plastov je closed loop systém. Ide o proces, kde sú výrobky z tohto bioplastu pod kontrolou počas celého jeho životného cyklu od výroby, cez používanie, až po likvidáciu odpadu. V prvom rade máme ambíciu vyrábať z Nonoilenu všade tam, kde to je možné, výrobky pre opakované použitie.

Prelom v medicíne: Génová terapia prináša novú nádej pacientom so zriedkavými chorobami

Následne, ak to z LCA analýzy vyplynie ako ekologicky výhodné, vieme odpad z Nonoilenu klasicky materiálovo recyklovať. Nerecyklovateľný odpad je možné likvidovať biologickým rozkladom. Najlepšie kompostovaním a vzniknutý kompost následne vrátiť do pôdy, čím sa životný cyklus uzavrie a vrátime materiál tam, odkiaľ sa zobrali suroviny na jeho výrobu.

Za aký čas sa rozloží Nonoilen v domácom a priemyselnom komposte?

To do značnej miery záleží nielen na receptúre, ale aj na samotnom výrobku. Hrubšie výrobky sa budú rozkladať určite pomalšie, ako tenké fólie. Takže namiesto konkrétnych číselných údajov poviem radšej porovnanie. V laboratórnych testoch sa Nonoilen v akomkoľvek zložení rozkladá rýchlejšie, ako drevo a porovnateľne. alebo v niektorých prípadoch lepšie, ako čistá celulóza.

Pri testoch v reálnej mestskej kompostárni sa rozloží oveľa skôr ako napríklad papier, buničina. Ale aby som predsa len povedal nejaké konkrétne čísla – 50 mikrónová fólia z prvej generácie sa v podmienkach priemyselného elektrického kompostéra na likvidáciu kuchynského odpadu rozloží za cca 14-20 dní, z druhej generácie za 6 až 12 dní.

V pôde pri teplote 25 °C sa za rok rozloží cca 60 %. Produkty rozkladu sú nefosílny CO2, voda a biomasa.

Aký veľký môže byť jeho predpokladaný prínos pre spoločnosť?

To bude záležať na tom, ako budeme ochotní implementovať do každodenného života ekologické riešenia. V Každom prípade, tento typ plastu predstavuje materiál, ktorý neobsahuje polyméry z fosílnych zdrojov a tak pri rozklade neprispieva k efektu globálneho otepľovania. To vôbec nie je zanedbateľné.

Biomasa, ktorá vznikne jeho rozkladom sa vracia do pôdy, navyše, tretia generácia počíta s takým zložením, že po rozklade na humus bude tento obohatený o niektoré prvky, ktoré rastliny potrebujú na svoj rast a aktuálne sa dodávajú v intenzívnom poľnohospodárstve vo forme umelých hnojív.

Zloženie bioplastových výrobkov aktuálne prítomných na trhu je dosť zahmlené. Spravidla sa poskytujú len neúplné informácie, ako napríklad to, že výrobok je vyrobený z obnoviteľných zdrojov. Ale už sa nepovie, že len napríklad 30% a zvyšok je fosílny. Alebo že fólia je 100% vyrobená zo škrobu, ale už sa nepovie, že ide napríklad o polyetylén, ktorý sa nikdy nebude v komposte rozkladať. A podobných príkladov by som vedel menovať viacej. Takže žiaľ, pre laika je veľmi ťažké, ba až nemožné dopátrať sa ku skutočnému zloženiu.

Akú vstupnú hmotnosť materiálov potrebujete na vytvorenie 1kg Nonoilenu?

Toto je diskutabilná otázka. Ak vychádzame z toho, že pri výrobe Nonoilenu nakupujeme už hotové biopolyméry, potom ak opomenieme malý technologický odpad, tak je pomer 1:1. Avšak, výťažnosť biomasy pri výrobe PLA či PHB nie je zďaleka taká vysoká a závisí od procesu, ktorým sa vyrábajú a takisto od vstupných surovín. Napríklad na 1 tonu PLA je potrebných cca 1,6 tony škrobu, alebo 1,4 tony cukru. Na 1 tonu PHB treba 3,2 tony škrobu alebo 2,8 tony cukru. Na 1 tonu škrobu je treba 4,6 tony kukurice a tak ďalej.

Koľko ľudí sa podieľa na jeho vývoji bioplastu?

Aktuálne sa kolektív skladá z cca 20 ľudí, zahŕňajúc výskumníkov, vedeckých pracovníkov a doktorantov, technológov a ostatné nevyhnutné posty, čo sú projektoví manažéri, ekonómovia a podobne. Bez nich by sme v štádiu implementácie technológie do priemyselnej výroby neboli. Za to obdobie, vyše 20 rokov, samozrejme, niektorí kolegovia odišli do iných zamestnaní, takže určite je finálne číslo podstatne väčšie.

Má vo svete Nonoilen nejakú konkurenciu, alebo sa jedná o svetovo unikátny materiál?

Konkurencia je vždy. Otázka je, v ktorom smere či oblasti. Určite existujú v súčasnosti napríklad lacnejšie riešenia, ale s istotou môžem povedať, že to je na úkor ekologickej hodnoty produktu, alebo kvality. Z pohľadu už spomínanej kombinácie základných troch atribútov Nonoilenu, neviem o podobnom riešení, čo nakoniec potvrdzuje aj to, že nám boli udelené patenty vo svete ako jedinečnému riešeniu.

V akých variantoch a formách sa bude môcť dostať k ľuďom a čím je dofarbovaný?

Nonoilen je možné modifikovať aj ako vysoko pevný, aj ako flexibilný. Aktuálne sa zavádza na trh v Česku prvý 3D filament pre tlačiarne v štandardnej stredne flexibilnej kvalite. Pracujeme však aj na podstatne flexibilnejšom variante 3D struny. Flexibilný Nonoilen druhej generácie máme vyvinutý pre vstrekovanie, napríklad vhodný pre obaly na mobilné telefóny. Pre farbenie do hmoty je možné používať špeciálne farebné koncentráty certifikované ako O.K. kompost.

Koľko stojí tento materiál a aký máte postup v distribúcii, respektíve možnosti predaja materiálu pre firmy?

Cena Nonoilenu je daná hlavne cenou vstupných surovín ako PLA a najmä PHB. Na základe aktuálnych cien týchto dvoch základných zložiek sa cena podľa zloženia jednotlivých zmesí pohybuje od cca 7 EUR do 10 EUR za 1kg. V súčasnosti disponujeme len poloprevádzkovou výrobou a štandardný predaj bude zahájený do konca roka 2021.

Avšak, v súčasnosti je možné v malých sériách pre konkrétne firmy a aplikácie, vyrobiť tento bioplast na našich poloprevádzkových zariadeniach. Rovnako je možné prispôsobovať jeho vlastnosti danej konkrétnej aplikácii.

Článok sme pôvodne publikovali 13. decembra 2020.