Kevin Yang z eSUN: Ścieżka techniczna, zalety i przyszły rynek recyklingu chemicznego PLA

W 2006 roku, wraz z upowszechnieniem się technologii open source, druk 3D (wytwarzanie addytywne) zaczął zyskiwać na popularności w Europie i Ameryce. W tamtym czasie druk 3D był jednak wciąż bardzo niszową dziedziną badań w Chinach, która dopiero zaczynała znajdować zastosowanie w sektorach przemysłowych, takich jak produkcja samolotów.

Kwas polimlekowy (PLA) to rodzaj poliestru wytwarzanego z fermentowanej skrobi roślinnej pochodzącej z kukurydzy, manioku, trzciny cukrowej lub buraków cukrowych. Cukry zawarte w tych odnawialnych materiałach są fermentowane do kwasu mlekowego, który następnie jest polimeryzowany do kwasu polimlekowego (PLA).

Firma eSUN została założona w 2002 roku, początkowo specjalizując się w badaniach i rozwoju produktów takich jak estry kwasu mlekowego, kwas polimlekowy (PLA) i polikaprolakton (PCL). Po pięciu latach rozwoju, eSUN postanowił skupić się na materiałach do druku 3D jako jednym z głównych kierunków rozwoju. W 2007 roku, jako pierwsza na świecie, wprowadziła na rynek komercyjne materiały do ​​druku 3D na bazie kwasu polimlekowego, a następnie stworzyła markę „eSUN”, która obecnie stała się jedną z renomowanych na całym świecie marek materiałów do druku 3D. W 2006 roku firma rozpoczęła badania nad recyklingiem i wartościowym ponownym wykorzystaniem kwasu polimlekowego.

Z jednej strony eSUN rozszerzył zastosowania swoich produktów w wymiarze horyzontalnym, z drugiej strony pogłębił również swoje działania w wymiarze wertykalnym, dążąc do zbudowania zielonego, zamkniętego łańcucha przemysłowego dla kwasu polimlekowego.

W 2013 r. eSUN uruchomił samodzielnie opracowaną „linię produkcyjną laktydu do recyklingu chemicznego o wydajności 5000 ton rocznie” w Xiaogan w prowincji Hubei, początkowo tworząc ekologiczny, zamknięty system techniczny — od syntezy i modyfikacji materiałów, przez zastosowanie, przetwarzanie produktów ubocznych, po recykling chemiczny polimerów.

W grudniu 2023 r. eSUN sfinalizował przejęcie 51,265% udziałów w spółce Hengtian Changjiang Biomaterials Co., Ltd. (zwanej dalej „Hengtian Changjiang”), co stanowi kolejny ważny kamień milowy w rozwoju horyzontalnych aplikacji eSUN i ekspansji pionowego łańcucha przemysłowego.

Firma Hengtian Changjiang Biomaterials Co., Ltd., która koncentruje się głównie na badaniach i rozwoju oraz produkcji włókien kwasu polimlekowego i produktów pokrewnych, oficjalnie zmieniła nazwę na EsunFiber (Suzhou) Co., Ltd. (zwana dalej „eSunfiber”). Dzięki temu przejęciu eSUN sfinalizował swoją strategię w czterech głównych obszarach zastosowań – biomedycynie, druku 3D, włóknach ekologicznych i zrównoważonych opakowaniach – jednocześnie wzmacniając swój ekologiczny, zamknięty łańcuch dostaw, od chemicznego recyklingu kwasu polimlekowego do laktydu, po bezpośrednie przędzenie włókien kwasu polimlekowego ze stopu.

„Na początku łańcucha przemysłowego zbudowaliśmy w Xiaogan w prowincji Hubei zakład syntezy laktydu o wydajności 5000 ton rocznie. Oprócz wykorzystania kwasu mlekowego jako surowca, możemy również wytwarzać laktyd z przetworzonego kwasu polimlekowego. Na końcu łańcucha przemysłowego eSun New Materials wykorzystuje laktyd jako surowiec do produkcji włókien kwasu polimlekowego. W ten sposób stworzyliśmy powiązania na wszystkich etapach łańcucha przemysłowego, jednocześnie osiągając uzupełniające się korzyści na poziomie technicznym” – powiedział Kevin Yang.

Według European Plastics, w 2021 r. globalna całkowita zdolność produkcyjna materiałów biodegradowalnych wyniosła 1,553 mln ton, podczas gdy globalna produkcja wyrobów z tworzyw sztucznych w tym samym okresie osiągnęła 390 mln ton.

Ta ogromna luka oznacza ogromny potencjał rynkowy.

W obliczu stale postępującego globalnego harmonogramu wprowadzania ograniczeń i zakazów dotyczących tworzyw sztucznych, kwas polimlekowy (PLA), jako jeden z najbardziej obiecujących materiałów biodegradowalnych, wszedł w ostatnich latach w globalny cykl wzrostu mocy produkcyjnych. Od 2020 roku międzynarodowi gracze, tacy jak TotalEnergies Corbion i NatureWorks, a także firmy krajowe, takie jak Fengyuan Group, Hisun Biomaterials, Jindan Technology, Kingfa Sci. & Tech. i Wanhua Chemical, aktywnie zwiększają moce produkcyjne, aby wykorzystać możliwości wzrostu w tym rozwijającym się sektorze.

Yang Yihu uważa, że ​​chociaż zdolność produkcyjna surowców szybko rośnie, to dalsze zastosowania mogą nie być jeszcze w pełni przygotowane na przyjęcie nowej podaży.

„Nasza ocena jest taka, że ​​chociaż zdolności produkcyjne PLA w górnym biegu łańcucha dostaw szybko rosną, to jeśli zastosowania w dolnym biegu łańcucha dostaw pozostaną słabo rozwinięte, rynek może mieć trudności z dostosowaniem się do tak gwałtownego wzrostu podaży surowca” – powiedział Yang Yihu. „Już w 2006 roku zaczęliśmy koncentrować się na rozwijaniu zastosowań PLA w dolnym biegu łańcucha dostaw i badaliśmy możliwości chemicznego recyklingu odpadów pokonsumenckich, dążąc do uzupełnienia słabych punktów w rozwoju branży. Poza drukiem 3D, strategicznie rozszerzyliśmy naszą działalność na włókna biomedyczne, ekologiczne i produkty biodegradowalne, tworząc cztery główne segmenty zastosowań”.

„W ostatnich latach, wraz z globalnymi zakazami i ograniczeniami dotyczącymi tworzyw sztucznych, w połączeniu z rosnącą dojrzałością biomateriałów – zwłaszcza technologii PLA – rynek przyjaznych dla środowiska materiałów biodegradowalnych stopniowo się rozwijał. Poświęciliśmy więcej wysiłku rozwojowi zastosowań w tej dziedzinie. Obecnie nasze jednorazowe produkty biodegradowalne i produkty z włókien ekologicznych stały się drugim co do wielkości motorem wzrostu po materiałach do druku 3D, a nasze produkty na bazie estrów mleczanowych, wytwarzane w procesie recyklingu chemicznego, również odnotowały szybki wzrost. Duzi krajowi producenci fotorezystów wykorzystują nasze estry mleczanowe klasy elektronicznej. Chociaż wolumeny są nadal niewielkie, perspektywy zastosowań są obiecujące” – wyjaśnił Kevin Yang.

Odpadowy PLA można poddać recyklingowi chemicznemu lub mechanicznemu. Chociaż odpady mogą zawierać zanieczyszczenia, PLA można poddać recyklingowi chemicznemu poprzez depolimeryzację termiczną lub hydrolizę w celu wytworzenia monomerów, które następnie można wykorzystać do produkcji nowego PLA. Ponadto PLA można poddać recyklingowi chemicznemu poprzez transestryfikację w celu uzyskania mleczanu metylu.

„Nasz opatentowany, innowacyjny model koprodukcji w konfiguracji X umożliwia dywersyfikację źródeł surowców i produktów końcowych, zwiększając tym samym elastyczność linii produkcyjnej, poprawiając wydajność systemu oraz redukując zużycie energii i koszty” – dodał Kevin Yang. „Możemy wytwarzać laktyd z kwasu mlekowego lub przetworzonego PLA, który następnie można polimeryzować w różne biomateriały. Na przykład, wykorzystując przetworzone PLA jako surowiec, laktyd o wysokiej czystości można poddać dalszej polimeryzacji w PLA, polikaprolakton (PCL) lub poliole, podczas gdy produkty uboczne o niższej czystości mogą reagować z etanolem, wytwarzając chemicznie czyste estry mleczanowe. Alternatywnie, laktyd o wysokiej czystości optycznej może bezpośrednio służyć jako surowiec do produkcji estrów mleczanowych o wysokiej czystości”.

W 2012 roku, po sześciu latach intensywnych prac badawczo-rozwojowych, eSUN oficjalnie złożył wniosek patentowy na„Metoda otrzymywania rafinowanego laktydu z przetworzonego kwasu polimlekowego”, który został pomyślnie przyznany w 2014 roku. Ta przełomowa technologia – pierwsza tego typu na świecie – umożliwia odzysk laktydu o wysokiej czystości optycznej z poddanego recyklingowi PLA, a produkty uboczne mogą być ponownie wykorzystane do produkcji różnych estrów mleczanowych. Rozwiązała ona globalny problem recyklingu i ponownego wykorzystania biodegradowalnych materiałów, zamykając zamknięty obieg łańcucha przemysłowego i ustanawiając„zielone kółko”gospodarka.

Tymczasem problem nieodpowiedniej utylizacji biodegradowalnych tworzyw sztucznych po zakończeniu ich eksploatacji zyskał w ostatnich latach coraz większe uznanie. WedługRaport badawczy dotyczący oceny wpływu na środowisko i wsparcia politycznego dla tworzyw sztucznych biodegradowalnychwydane wspólnie przez Uniwersytet Tsinghua i Sinopec,96,77% biodegradowalnych tworzyw sztucznych w Chinach trafia do spalarni lub na wysypiska śmieci,3,1% wycieków do środowiskai tylko0,007% trafia do specjalistycznych zakładów biodegradacjido całkowitego rozkładu.

Komisja EuropejskaDyrektywa w sprawie tworzyw sztucznych jednorazowego użytku (SUP) z 2021 r.zakazano stosowania tworzyw sztucznych ulegających degradacji oksydacyjnej, biodegradowalnych i kompostowalnych w produktach jednorazowego użytku.Rozporządzenie w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych (PPW) z 2022 r.nakazuje, żedo 2030 r. wszystkie opakowania muszą nadawać się do recyklingu lub ponownego wykorzystania. APropozycja przepisów dotyczących pojazdów wycofanych z eksploatacji (ELV) na rok 2023wymaga ponadto, abynowe pojazdy zawierają co najmniej 25% plastiku pochodzącego z recyklingu, kładąc nacisk na cyrkularność w wykorzystaniu materiałów.

Polityka ta wskazuje, że UE opowiada się za koncepcjami redukcji plastiku, gospodarki o obiegu zamkniętym i recyklingu. Jednak wdrożenie tych przepisów może również ograniczyć plany ekspansji producentów tworzyw biodegradowalnych, co rodzi pytanie:Czy biodegradowalne tworzywa sztuczne mają jeszcze przyszłość?

Kevin Yang uważa, że ​​w kontekście neutralności węglowej Biopochodzenie PLA pozostaje znaczące i cenneDlatego teraz należy skupić się na wykorzystaniu zalet PLA wsekwestracja dwutlenku węgla i przyjazność dla środowiska.

Z jednej strony należy podejmować wysiłki,rozwijać i promować trwałe produkty PLA, takich jak trwałe artykuły piśmiennicze PLA lub błyszczące kubki ceramiczne PLA. Z drugiej strony,recykling i ponowne wykorzystanie po użyciu muszą być priorytetem.

„Z technicznego punktu widzenia recykling chemiczny PLA ma przewagę nad innymi tworzywami sztucznymi, takimi jak PET czy TPU”Yang Yihu wyjaśnił.„PLA ma tylko jeden monomer – laktyd – więc po recyklingu można uzyskać laktyd o wysokiej czystości w prostym procesie oczyszczania. Z ekonomicznego punktu widzenia, recyklingowany PLA może częściowo zastąpić surowce na bazie skrobi lub cukru, łagodząc przyszłą konkurencję między surowcami PLA a zasobami żywności”.