كيفن يانغ من شركة eSUN: المسار التقني، والمزايا، والسوق المستقبلية لإعادة تدوير مادة PLA الكيميائية

في عام 2006، ومع إتاحة التكنولوجيا كمصدر مفتوح، بدأت الطباعة ثلاثية الأبعاد (التصنيع الإضافي) تكتسب زخماً في أوروبا وأمريكا. في ذلك الوقت، كانت الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تزال مجالاً بحثياً متخصصاً للغاية في الصين، وبدأت للتو في إيجاد تطبيقات في قطاعات صناعية مثل صناعة الطائرات.

حمض البوليلاكتيك (PLA) هو نوع من البوليستر مصنوع من نشا نباتي مخمر مستخرج من الذرة أو الكسافا أو قصب السكر أو بنجر السكر. يتم تخمير السكريات الموجودة في هذه المواد المتجددة إلى حمض اللاكتيك، والذي يتم بلمرته بعد ذلك إلى حمض البوليلاكتيك (PLA).

تأسست شركة eSUN عام 2002، وتخصصت في البداية في البحث والتطوير لمنتجات مثل إسترات اللاكتات، وحمض البوليلاكتيك (PLA)، والبولي كابرولاكتون (PCL). بعد خمس سنوات من التراكم، قررت eSUN التركيز على مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد كأحد اتجاهات تطويرها الرئيسية. في عام 2007، أصبحت أول شركة في العالم تُطلق مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد التجارية المصنوعة من حمض البوليلاكتيك، وأسست لاحقًا علامة "eSUN" التجارية، التي نمت لتصبح اليوم واحدة من العلامات التجارية العالمية الرائدة في مجال مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد. في عام 2006، بدأت الشركة أبحاثًا حول إعادة تدوير حمض البوليلاكتيك وإعادة استخدامه في تطبيقات عالية القيمة.

من ناحية، قامت شركة eSUN بتوسيع تطبيقات منتجاتها أفقيًا؛ ومن ناحية أخرى، فقد عززت جهودها رأسيًا، ساعية إلى بناء سلسلة صناعية خضراء مغلقة لحمض البوليلاكتيك.

في عام 2013، أنشأت شركة eSUN خط إنتاج اللاكتيد لإعادة التدوير الكيميائي بقدرة 5000 طن سنويًا في شياوغان، هوبي، مما أدى في البداية إلى تشكيل نظام تقني مغلق الحلقة صديق للبيئة - من تركيب المواد وتعديلها إلى التطبيق ومعالجة المنتجات الثانوية وإعادة تدوير البوليمر الكيميائي.

في ديسمبر 2023، أكملت شركة eSUN عملية الاستحواذ على حصة 51.265% في شركة Hengtian Changjiang Biomaterials Co., Ltd. (المشار إليها فيما يلي باسم "Hengtian Changjiang")، مما يمثل علامة فارقة أخرى مهمة في تطوير التطبيقات الأفقية لشركة eSUN وتوسيع سلسلة الصناعات الرأسية.

أُعيد تسمية شركة Hengtian Changjiang Biomaterials Co., Ltd.، المتخصصة في البحث والتطوير وإنتاج ألياف حمض البوليلاكتيك والمنتجات ذات الصلة، رسميًا إلى EsunFiber (Suzhou) Co., Ltd. (يُشار إليها فيما يلي باسم "eSunfiber"). ومن خلال هذا الاستحواذ، أكملت eSun خطتها الاستراتيجية في أربعة مجالات تطبيقية رئيسية هي: الطب الحيوي، والطباعة ثلاثية الأبعاد، والألياف الصديقة للبيئة، والتغليف المستدام، مع تعزيز سلسلة التوريد الصناعية الخضراء المغلقة، بدءًا من إعادة التدوير الكيميائي لحمض البوليلاكتيك إلى اللاكتيد وصولًا إلى الغزل المباشر لألياف حمض البوليلاكتيك بالصهر.

"في بداية سلسلة التوريد الصناعية، أنشأنا مصنعًا لإنتاج اللاكتيد بطاقة إنتاجية تبلغ 5000 طن سنويًا في شياوغان، هوبي. فضلًا عن استخدام حمض اللاكتيك كمادة خام، يمكننا أيضًا إنتاج اللاكتيد من حمض البوليلاكتيك المعاد تدويره. وفي نهاية سلسلة التوريد الصناعية، تستخدم شركة إي صن للمواد الجديدة اللاكتيد كمادة خام لإنتاج ألياف حمض البوليلاكتيك. وبهذه الطريقة، أنشأنا روابط بين مراحل الإنتاج والتوزيع ضمن سلسلة التوريد الصناعية، مع تحقيق مزايا تكميلية على المستوى التقني"، هذا ما قاله كيفن يانغ.

وفقًا لمنظمة European Plastics، بلغ إجمالي الطاقة الإنتاجية العالمية للمواد القابلة للتحلل الحيوي 1.553 مليون طن في عام 2021، بينما بلغ الإنتاج العالمي للمنتجات البلاستيكية 390 مليون طن في نفس الفترة.

هذه الفجوة الشاسعة تدل على إمكانات سوقية هائلة.

في ظلّ تسارع وتيرة فرض قيود وحظر على البلاستيك عالميًا، دخل حمض البوليلاكتيك (PLA)، باعتباره أحد أكثر المواد القابلة للتحلل الحيوي الواعدة، مرحلة توسع عالمي في إنتاجه خلال السنوات الأخيرة. فمنذ عام 2020، تعمل شركات عالمية مثل توتال إنيرجيز كوربيون ونيتشر وركس، بالإضافة إلى شركات محلية مثل مجموعة فينغ يوان، وهيسون للمواد الحيوية، وجيندان للتكنولوجيا، وكينغفا للعلوم والتكنولوجيا، ووان هوا للكيمياء، بنشاط على توسيع طاقاتها الإنتاجية لاغتنام فرص النمو في هذا القطاع الناشئ.

يعتقد يانغ ييهو أنه في حين أن قدرة إنتاج المواد الخام تتوسع بسرعة، فإن التطبيقات النهائية قد لا تكون مستعدة تمامًا لاستيعاب الإمدادات الجديدة.

قال يانغ ييهو: "نرى أنه على الرغم من النمو السريع في طاقة إنتاج حمض البولي لاكتيك (PLA) في المراحل الأولية، إلا أن السوق قد يواجه صعوبة في استيعاب هذا الارتفاع الكبير في إمدادات المواد الخام إذا ظلت تطبيقاته النهائية غير متطورة. في الواقع، بدأنا منذ عام 2006 بالتركيز على تطوير تطبيقات حمض البولي لاكتيك النهائية واستكشاف إعادة التدوير الكيميائي للنفايات الاستهلاكية، بهدف سد الثغرات في تطوير هذه الصناعة. وإلى جانب الطباعة ثلاثية الأبعاد، توسعنا استراتيجياً ليشمل التطبيقات الطبية الحيوية، والألياف الصديقة للبيئة، والمنتجات القابلة للتحلل الحيوي، مما يشكل أربعة قطاعات رئيسية للتطبيقات."

"في السنوات الأخيرة، ومع حظر وفرض قيود عالمية على البلاستيك، إلى جانب نضج المواد الحيوية المتزايد - وخاصة تقنية حمض البولي لاكتيك (PLA) - توسع سوق المواد القابلة للتحلل الحيوي الصديقة للبيئة تدريجيًا. وقد كرّسنا المزيد من الجهود لتطوير التطبيقات في هذا المجال. واليوم، أصبحت منتجاتنا القابلة للتحلل الحيوي ذات الاستخدام الواحد ومنتجات الألياف الصديقة للبيئة ثاني أكبر محرك للنمو بعد مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد، كما حققت منتجاتنا من إسترات اللاكتات، المنتجة من خلال إعادة التدوير الكيميائي، نموًا سريعًا. وتستخدم كبرى شركات تصنيع المواد المقاومة للضوء المحلية إسترات اللاكتات الخاصة بنا ذات الجودة الإلكترونية. وعلى الرغم من أن الكميات لا تزال متواضعة، إلا أن آفاق التطبيق واعدة"، أوضح كيفن يانغ.

يمكن إعادة تدوير نفايات حمض البولي لاكتيك (PLA) من خلال عمليات كيميائية أو ميكانيكية. على الرغم من أن النفايات قد تحتوي على ملوثات، إلا أنه يمكن إعادة تدوير حمض البولي لاكتيك كيميائيًا عبر التحلل الحراري أو التحلل المائي لإنتاج مونومرات، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتصنيع حمض بولي لاكتيك جديد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إعادة تدوير حمض البولي لاكتيك كيميائيًا من خلال عملية التبادل الإستري لإنتاج لاكتات الميثيل.

وأضاف كيفن يانغ: "يُمكّن نموذجنا المبتكر للإنتاج المشترك ذي التكوين X من تنويع مصادر المواد الخام والمنتجات النهائية، مما يُعزز مرونة خط الإنتاج، ويُحسّن كفاءة النظام، ويُقلل استهلاك الطاقة والتكاليف. يُمكننا إنتاج اللاكتيد إما من حمض اللاكتيك أو من حمض البولي لاكتيك المُعاد تدويره، والذي يُمكن بعد ذلك بلمرته إلى مواد حيوية متنوعة. على سبيل المثال، عند استخدام حمض البولي لاكتيك المُعاد تدويره كمادة خام، يُمكن بلمرة اللاكتيد عالي النقاء إلى حمض البولي لاكتيك، أو بولي كابرولاكتون، أو بوليولات، بينما يُمكن للمنتجات الثانوية الأقل نقاءً أن تتفاعل مع الإيثانول لإنتاج إسترات اللاكتات النقية كيميائيًا. بدلاً من ذلك، يُمكن استخدام اللاكتيد عالي النقاء البصري مباشرةً كمادة خام لإنتاج إسترات اللاكتات عالية النقاء."

في عام 2012، وبعد ست سنوات من البحث والتطوير المتفاني، قدمت شركة eSUN رسميًا طلب براءة اختراع لـ"طريقة لتحضير اللاكتيد المكرر من حمض البوليلاكتيك المعاد تدويره"والتي مُنحت بنجاح في عام 2014. تُمكّن هذه التقنية الرائدة - الأولى من نوعها عالميًا - من استخلاص اللاكتيد عالي النقاء البصري من حمض البولي لاكتيك المُعاد تدويره، بينما يُمكن إعادة استخدام المنتجات الثانوية لإنتاج إسترات اللاكتات المختلفة. وقد حلت هذه التقنية التحدي العالمي المتمثل في إعادة تدوير وإعادة استخدام المواد القابلة للتحلل الحيوي، مُكملةً بذلك الحلقة المغلقة للسلسلة الصناعية، ومُرسّخةً مكانة رائدة في هذا المجال."دائري أخضر"اقتصاد.

في غضون ذلك، اكتسبت مشكلة التخلص غير الكافي من المواد البلاستيكية القابلة للتحلل في نهاية عمرها الافتراضي اهتماماً متزايداً في السنوات الأخيرة. وفقاً لـتقرير بحثي حول تقييم الأثر البيئي ودعم السياسات المتعلقة بالبلاستيك القابل للتحللصدر بالاشتراك بين جامعة تسينغهوا وشركة سينوبك،ينتهي المطاف بنسبة 96.77% من المواد البلاستيكية القابلة للتحلل الحيوي في الصين إما بالحرق أو دفن النفايات.،تسرب 3.1% إلى البيئةوفقطيدخل 0.007% مرافق التحلل البيولوجي المتخصصةللتحلل الكامل.

المفوضية الأوروبيةتوجيهات عام 2021 بشأن المواد البلاستيكية ذات الاستخدام الواحدحظرت الحكومة استخدام المواد البلاستيكية القابلة للتحلل التأكسدي، والقابلة للتحلل الحيوي، والقابلة للتسميد في المنتجات البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد.لائحة التعبئة والتغليف ونفايات التعبئة والتغليف لعام 2022ينص على أنيجب أن تكون جميع مواد التغليف قابلة لإعادة التدوير أو إعادة الاستخدام بحلول عام 2030أ.مقترح عام 2023 بشأن لوائح المركبات المنتهية الصلاحية (ELV)ويتطلب ذلك كذلك أنتحتوي المركبات الجديدة على ما لا يقل عن 25% من البلاستيك المعاد تدويرهمع التركيز على التدوير في استخدام المواد.

تشير هذه السياسات إلى أن الاتحاد الأوروبي يدعم مفاهيم الحد من استخدام البلاستيك، والاقتصاد الدائري، وإعادة التدوير. ومع ذلك، قد يُقيّد تطبيق هذه اللوائح خطط توسع مصنعي البلاستيك القابل للتحلل الحيوي، مما يثير التساؤل التالي:هل لا يزال للبلاستيك القابل للتحلل الحيوي مستقبل؟

يعتقد كيفن يانغ أنه في ظلّ مفهوم الحياد الكربوني، لا يزال الأصل الحيوي لـ PLA ذا أهمية وقيمةلذلك، ينبغي الآن تحويل التركيز نحو الاستفادة من مزايا جيش التحرير الشعبي فيعزل الكربون والمحافظة على البيئة.

من جهة، ينبغي بذل الجهود لـتطوير وترويج منتجات PLA المتينةمثل الأدوات المكتبية المصنوعة من مادة PLA طويلة الأمد أو الأكواب المصنوعة من مادة PLA اللامعة الشبيهة بالسيراميك. من ناحية أخرى،يجب إعطاء الأولوية لإعادة التدوير وإعادة الاستخدام بعد الاستخدام.

"من الناحية التقنية، تتمتع إعادة التدوير الكيميائي لـ PLA بمزايا مقارنة بالبلاستيكات الأخرى مثل PET أو TPU".أوضح يانغ ييهو.يحتوي حمض البولي لاكتيك (PLA) على مونومر واحد فقط هو اللاكتيد، لذا يمكن الحصول على لاكتيد عالي النقاء بعد إعادة التدوير من خلال عملية تنقية بسيطة. ومن الناحية الاقتصادية، يمكن لحمض البولي لاكتيك المعاد تدويره أن يحل جزئياً محل المواد الخام القائمة على النشا أو السكر، مما يخفف من حدة المنافسة المستقبلية بين المواد الخام لحمض البولي لاكتيك وموارد الغذاء.