کوین یانگ از eSUN: مسیر فنی، مزایا و بازار آینده بازیافت شیمیایی PLA

در سال ۲۰۰۶، با منبع باز شدن فناوری، چاپ سه‌بعدی (تولید افزایشی) در اروپا و آمریکا شروع به شتاب گرفتن کرد. با این حال، در آن زمان، چاپ سه‌بعدی هنوز یک زمینه تحقیقاتی بسیار خاص در چین بود و تازه شروع به یافتن کاربردهایی در بخش‌های صنعتی مانند ساخت هواپیما کرده بود.

پلی‌لاکتیک اسید (PLA) نوعی پلی‌استر است که از نشاسته گیاهی تخمیر شده مشتق شده از ذرت، کاساوا، نیشکر یا چغندر قند ساخته می‌شود. قندهای موجود در این مواد تجدیدپذیر به اسید لاکتیک تخمیر می‌شوند و سپس به اسید پلی‌لاکتیک (PLA) پلیمریزه می‌شوند.

شرکت eSUN در سال ۲۰۰۲ تأسیس شد و در ابتدا در تحقیق و توسعه محصولاتی مانند استرهای لاکتات، پلی‌لاکتیک اسید (PLA) و پلی‌کاپرولاکتون (PCL) تخصص داشت. پس از پنج سال انباشت، eSUN تصمیم گرفت تا بر روی مواد چاپ سه‌بعدی به عنوان یکی از مسیرهای اصلی توسعه خود تمرکز کند. در سال ۲۰۰۷، این شرکت اولین شرکتی در جهان بود که مواد چاپ سه‌بعدی پلی‌لاکتیک اسید تجاری را عرضه کرد و متعاقباً برند "eSUN" را تأسیس کرد که اکنون به یکی از برندهای مشهور جهانی برای مواد چاپ سه‌بعدی تبدیل شده است. در سال ۲۰۰۶، این شرکت تحقیقات در مورد بازیافت و استفاده مجدد با ارزش بالا از پلی‌لاکتیک اسید را آغاز کرد.

از یک سو، eSUN کاربردهای محصول خود را به صورت افقی گسترش داده است؛ از سوی دیگر، تلاش‌های خود را به صورت عمودی نیز تعمیق بخشیده و در تلاش است تا یک زنجیره صنعتی حلقه بسته سبز برای پلی‌لاکتیک اسید بسازد.

در سال ۲۰۱۳، شرکت eSUN یک «خط تولید لاکتید بازیافت شیمیایی با ظرفیت ۵۰۰۰ تن در سال» را که خود توسعه داده بود، در شیائوگان، هوبئی تأسیس کرد و در ابتدا یک سیستم فنی حلقه بسته سبز - از سنتز و اصلاح مواد گرفته تا کاربرد، فرآوری محصولات جانبی و بازیافت شیمیایی پلیمر - تشکیل داد.

در دسامبر ۲۰۲۳، eSUN خرید ۵۱.۲۶۵٪ از سهام شرکت Hengtian Changjiang Biomaterials (که از این پس "Hengtian Changjiang" نامیده می‌شود) را تکمیل کرد که نقطه عطف مهم دیگری در توسعه افقی کاربرد و گسترش عمودی زنجیره صنعتی eSUN بود.

اکنون، شرکت Hengtian Changjiang Biomaterials، که عمدتاً بر تحقیق و توسعه و تولید الیاف پلی‌لاکتیک اسید و محصولات مرتبط تمرکز دارد، رسماً به شرکت EsunFiber (Suzhou) تغییر نام داده است (که از این پس "eSunfiber" نامیده می‌شود). از طریق این خرید، eSUN طرح استراتژیک خود را در چهار زمینه کاربردی اصلی - زیست‌پزشکی، چاپ سه‌بعدی، الیاف سازگار با محیط زیست و بسته‌بندی پایدار - تکمیل کرده و در عین حال زنجیره صنعتی حلقه بسته سبز خود را از بازیافت شیمیایی پلی‌لاکتیک اسید به لاکتید تا ریسندگی مستقیم ذوب الیاف پلی‌لاکتیک اسید، بیشتر تقویت می‌کند.

کوین یانگ گفت: «در انتهای زنجیره صنعتی، ما یک مرکز سنتز لاکتید با ظرفیت ۵۰۰۰ تن در سال در شیائوگان، هوبئی ساخته‌ایم. علاوه بر استفاده از اسید لاکتیک به عنوان ماده اولیه، می‌توانیم لاکتید را از پلی‌لاکتیک اسید بازیافتی نیز تولید کنیم. در انتهای زنجیره صنعتی، شرکت eSun New Materials از لاکتید به عنوان ماده اولیه برای تولید الیاف پلی‌لاکتیک اسید استفاده می‌کند. به این ترتیب، ما ارتباطات بالادستی و پایین‌دستی را در زنجیره صنعتی ایجاد کرده‌ایم و در عین حال به مزایای مکمل در سطح فنی دست یافته‌ایم.»

طبق گزارش European Plastics، در سال ۲۰۲۱، کل ظرفیت تولید جهانی مواد زیست‌تخریب‌پذیر ۱.۵۵۳ میلیون تن بوده است، در حالی که تولید جهانی محصولات پلاستیکی در همین دوره به ۳۹۰ میلیون تن رسیده است.

این شکاف عظیم نشان‌دهنده پتانسیل عظیم بازار است.

در بحبوحه‌ی پیشرفت مداوم جدول زمانی جهانی برای محدودیت‌ها و ممنوعیت‌های پلاستیکی، پلی‌لاکتیک اسید (PLA)، به عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین مواد زیست‌تخریب‌پذیر، در سال‌های اخیر وارد چرخه‌ی گسترش ظرفیت جهانی شده است. از سال ۲۰۲۰، بازیگران بین‌المللی مانند TotalEnergies Corbion و NatureWorks و همچنین شرکت‌های داخلی مانند Fengyuan Group، Hisun Biomaterials، Jindan Technology، Kingfa Sci. & Tech. و Wanhua Chemical، به طور فعال در حال گسترش ظرفیت‌های تولید خود برای به دست آوردن فرصت‌های رشد در این بخش نوظهور بوده‌اند.

یانگ ییهو معتقد است که در حالی که ظرفیت تولید مواد اولیه به سرعت در حال گسترش است، ممکن است کاربردهای پایین‌دستی هنوز به طور کامل برای جذب عرضه جدید آماده نباشند.

یانگ ییهو گفت: «ارزیابی ما این است که اگرچه ظرفیت تولید PLA در صنایع بالادستی به سرعت در حال رشد است، اما اگر کاربردهای پایین‌دستی آن توسعه نیافته باقی بماند، بازار ممکن است برای تطبیق با چنین افزایشی در عرضه مواد اولیه با مشکل مواجه شود.» «در واقع، از اوایل سال ۲۰۰۶، ما تمرکز خود را بر توسعه کاربردهای PLA در صنایع پایین‌دستی و بررسی بازیافت شیمیایی زباله‌های پس از مصرف آغاز کردیم، با هدف تکمیل حلقه‌های ضعیف در توسعه صنعت. فراتر از چاپ سه‌بعدی، ما به طور استراتژیک به حوزه‌های زیست‌پزشکی، الیاف سازگار با محیط زیست و محصولات زیست‌تخریب‌پذیر گسترش یافته‌ایم و چهار بخش کاربردی اصلی را تشکیل می‌دهیم.»

کوین یانگ توضیح داد: «در سال‌های اخیر، با ممنوعیت‌ها و محدودیت‌های جهانی پلاستیک، همراه با بلوغ روزافزون مواد زیستی - به‌ویژه فناوری PLA - بازار مواد زیست‌تخریب‌پذیر سازگار با محیط زیست به تدریج گسترش یافته است. ما تلاش بیشتری را برای توسعه کاربرد در این زمینه اختصاص داده‌ایم. امروزه، محصولات زیست‌تخریب‌پذیر یکبار مصرف و محصولات الیاف سازگار با محیط زیست ما پس از مواد چاپ سه‌بعدی به دومین عامل رشد بزرگ تبدیل شده‌اند و محصولات استر لاکتات ما که از طریق بازیافت شیمیایی تولید می‌شوند، نیز به رشد سریعی دست یافته‌اند. تولیدکنندگان عمده داخلی مواد مقاوم در برابر نور از استرهای لاکتات درجه الکترونیکی ما استفاده می‌کنند. در حالی که حجم تولید هنوز متوسط ​​است، چشم‌انداز کاربرد امیدوارکننده است.»

ضایعات PLA را می‌توان از طریق فرآیندهای شیمیایی یا مکانیکی بازیافت کرد. اگرچه ضایعات ممکن است حاوی آلاینده‌هایی باشند، PLA می‌تواند از طریق دپلیمریزاسیون حرارتی یا هیدرولیز، بازیافت شیمیایی شود و مونومرهایی تولید کند که سپس می‌توانند برای ساخت PLA جدید استفاده شوند. علاوه بر این، PLA را می‌توان از طریق ترانس‌استریفیکاسیون به صورت شیمیایی بازیافت کرد تا متیل لاکتات تولید شود.

کوین یانگ افزود: «مدل نوآوری تولید مشترک با پیکربندی X اختصاصی ما، منابع مواد اولیه و محصولات نهایی متنوع را امکان‌پذیر می‌کند و در نتیجه انعطاف‌پذیری خط تولید را افزایش می‌دهد، کارایی سیستم را بهبود می‌بخشد و مصرف انرژی و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. ما می‌توانیم لاکتید را از اسید لاکتیک یا PLA بازیافتی تولید کنیم که سپس می‌تواند به مواد زیستی مختلف پلیمریزه شود. به عنوان مثال، هنگام استفاده از PLA بازیافتی به عنوان ماده اولیه، لاکتید با خلوص بالا می‌تواند بیشتر به PLA، پلی‌کاپرولاکتون (PCL) یا پلی‌ال‌ها پلیمریزه شود، در حالی که محصولات جانبی با خلوص کمتر می‌توانند با اتانول واکنش داده و استرهای لاکتات شیمیایی خالص تولید کنند. از طرف دیگر، لاکتید با خلوص نوری بالا می‌تواند مستقیماً به عنوان ماده اولیه برای استرهای لاکتات با خلوص بالا عمل کند.»

در سال ۲۰۱۲، پس از شش سال تحقیق و توسعه‌ی اختصاصی، شرکت eSUN رسماً درخواست ثبت اختراع برایروشی برای تهیه لاکتید تصفیه شده از پلی لاکتیک اسید بازیافتیکه در سال ۲۰۱۴ با موفقیت اعطا شد. این فناوری پیشگامانه - که اولین در نوع خود در سطح جهان است - امکان بازیابی لاکتید با خلوص نوری بالا را از PLA بازیافتی فراهم می‌کند، در حالی که محصولات جانبی می‌توانند برای تولید استرهای لاکتات مختلف مورد استفاده مجدد قرار گیرند. این فناوری چالش جهانی بازیافت و استفاده مجدد از مواد زیست تخریب‌پذیر را حل کرد، حلقه بسته زنجیره صنعتی را تکمیل کرد و یک ..."دایره سبز"اقتصاد.

در همین حال، مسئله دفع ناکافی پلاستیک‌های تجزیه‌پذیر در پایان عمرشان در سال‌های اخیر توجه فزاینده‌ای را به خود جلب کرده است. طبق یک ...گزارش تحقیقاتی در مورد ارزیابی اثرات زیست‌محیطی و پشتیبانی از سیاست‌گذاری برای پلاستیک‌های تجزیه‌پذیربه طور مشترک توسط دانشگاه Tsinghua و Sinopec منتشر شد،۹۶.۷۷ درصد از پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر چین سوزانده یا دفن می‌شوند،۳.۱٪ نشت به محیط زیست، و تنها۰.۰۰۷٪ وارد تأسیسات تخصصی تجزیه زیستی می‌شوندبرای تجزیه کامل.

کمیسیون اروپادستورالعمل پلاستیک‌های یکبار مصرف (SUP) سال ۲۰۲۱استفاده از پلاستیک‌های تجزیه‌پذیر در برابر اکسیداسیون، زیست‌تخریب‌پذیر و کمپوست‌پذیر را در محصولات پلاستیکی یکبار مصرف ممنوع کرد.مقررات بسته‌بندی و ضایعات بسته‌بندی (PPW) سال ۲۰۲۲حکم می‌کند کهتمام بسته‌بندی‌ها باید تا سال ۲۰۳۰ قابل بازیافت یا استفاده مجدد باشند.الفپیشنهاد ۲۰۲۳ برای مقررات مربوط به خودروهای فرسوده (ELV)علاوه بر این مستلزم آن است کهوسایل نقلیه جدید حداقل ۲۵٪ پلاستیک بازیافتی دارندبا تأکید بر دایره‌ای بودن در استفاده از مواد.

این سیاست‌ها نشان می‌دهد که اتحادیه اروپا از مفاهیم کاهش پلاستیک، چرخه‌ای بودن و بازیافت حمایت می‌کند. با این حال، اجرای این مقررات همچنین ممکن است برنامه‌های توسعه تولیدکنندگان پلاستیک زیست‌تخریب‌پذیر را محدود کند و این سوال را مطرح کند:آیا پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر هنوز آینده‌ای دارند؟

کوین یانگ معتقد است که، در مقابل بی‌طرفی کربن، منشأ زیستی PLA همچنان معنادار و ارزشمند استبنابراین، اکنون تمرکز باید به سمت استفاده از مزایای PLA در ... تغییر یابد.ترسیب کربن و سازگاری با محیط زیست.

از یک سو، باید تلاش شود تاتوسعه و ترویج محصولات PLA بادواممانند لوازم التحریر PLA با دوام بالا یا فنجان‌های سرامیکی براق PLA. از سوی دیگر،بازیافت و استفاده مجدد پس از استفاده باید در اولویت قرار گیرد.

از دیدگاه فنی، بازیافت شیمیایی PLA نسبت به سایر پلاستیک‌ها مانند PET یا TPU مزایایی دارد.یانگ ییهو توضیح داد.«PLA فقط یک مونومر - لاکتید - دارد، بنابراین پس از بازیافت، لاکتید با خلوص بالا را می‌توان از طریق یک فرآیند خالص‌سازی ساده به دست آورد. از نظر اقتصادی، PLA بازیافتی می‌تواند تا حدی جایگزین مواد اولیه مبتنی بر نشاسته یا قند شود و رقابت آینده بین مواد اولیه PLA و منابع غذایی را کاهش دهد.»