Alors que le monde fait face à des défis environnementaux croissants, de l'accélération du changement climatique en pollution plastique dans les océans et les décharges, l'urgence de se déplacer vers des matériaux durables n'a jamais été plus grande. Les industries mondiales, les gouvernements et les consommateurs recherchent des alternatives innovantes qui peuvent réduire les dommages environnementaux tout en conservant les performances et les fonctionnalités des matériaux conventionnels. Cette demande n'est pas seulement une tendance - c'est une transformation fondamentale motivée par la science, la politique et la sensibilisation du public.
Au cœur de cette transformation se trouve la nécessité de décarboniser la production de matériaux, de réduire la dépendance aux ressources fossiles finies et de minimiser l'accumulation de déchets non dégradables. Les plastiques traditionnels à base de pétrole, bien que polyvalent et à faible coût, contribuent un contributeur majeur aux émissions de gaz à effet de serre et à la dégradation écologique à long terme. Leur résistance à la dégradation - une fois considérée comme un avantage - est désormais l'un des charges environnementales les plus urgentes de la planète.
En réponse à ces défis, les résines bio-basées sur l'environnement sont devenues l'une des classes de matériaux les plus prometteuses pour un avenir plus durable. Ces résines sont synthétisées à partir de sources de biomasse renouvelables, notamment l'amidon de maïs, la canne à sucre, la cellulose, les algues et les déchets agricoles. Parce qu'ils sont dérivés du carbone capturé par les plantes vivantes, les résines bio-basées offrent un cycle de carbone en boucle fermée - absorant du dioxyde de carbone pendant la croissance et ne la libérant que pendant la dégradation ou la combustion, réduisant ainsi considérablement les émissions de co₂ nettes.
De nombreuses résines bio-basées sont conçues en pensant à des options de fin de vie. Contrairement aux plastiques conventionnels qui peuvent persister pendant des siècles dans l'environnement, les bio-résines sont souvent biodégradables ou compostables, ce qui les rend bien adaptés à des applications telles que l'emballage, où la durée de vie des produits courts s'aligne sur un besoin d'élimination responsable.
Au-delà de leurs attributs environnementaux, les résines bioslées prennent de l'ampleur en raison des progrès technologiques et des améliorations matérielles. Les premières limites liées à la résistance mécanique, à la résistance à la chaleur et à l'évolutivité sont régulièrement traitées par l'ingénierie moléculaire, les techniques de mélange et les innovations dans la chimie des bio-polymères. En conséquence, ces résines trouvent désormais des applications commerciales dans divers secteurs - des emballages alimentaires et des pièces automobiles aux biens électroniques et aux biens de consommation.
Le passage aux résines bio-basées sur l'environnement reflète une vision plus large: celle dans laquelle le développement économique est découplé de la dégradation de l'environnement et où les matériaux que nous utilisons sont aussi renouvelables, circulaires et inoffensifs que possible. Cette vision est de plus en plus soutenue par les cadres réglementaires, les certifications de durabilité et le changement de préférences des consommateurs.
Résines basés sur les bio Reportez-vous à des matériaux polymères qui sont principalement fabriqués à partir de ressources biologiques renouvelables. Contrairement aux résines traditionnelles à base de pétrole, ils ne comptent pas sur des ressources limitées de combustibles fossiles, mais sont synthétisées à l'aide de matières premières à base de plantes telles que l'amidon de maïs, la canne à sucre, le soja, la cellulose, les algues, etc. Ces matériaux peuvent non seulement réduire efficacement la dépendance à l'égard des ressources non renouvelables, mais également réduire considérablement les émissions de gaz en serre pendant leur cycle de vie.
Couramment utilisé dans la production de plastiques biodégradables tels que l'acide polylactique (PLA). Grâce au processus de fermentation, ces matières premières sont converties en acide lactique et polymérisées davantage en résines plastiques.
Peut être utilisé pour fabriquer du polyuréthane, des résines époxy bio à base de bio, etc. Par rapport aux matériaux traditionnels à base de pétrochimie, ces produits consomment moins d'énergie pendant le processus de fabrication.
Dérivées du bois, du coton ou des déchets agricoles, ils peuvent être utilisés comme matériaux de renforcement ou matrices de résine pour améliorer les propriétés mécaniques et la renouvellement.
Avec une croissance rapide et des capacités de fixation à haute teneur en carbone, ils sont l'une des ressources durables émergentes adaptées à la préparation de bio-résines bio-performances.
Les résines bio-basées absorbent le dioxyde de carbone pendant le stade de croissance, réalisant partiellement la "séquestration du carbone", qui peut compenser les émissions de carbone pendant leur fabrication et leur utilisation dans une certaine mesure, réalisant ainsi un "cycle de carbone en boucle fermée".
L'utilisation de résidus agricoles ou de matières végétales renouvelables peut aider à atténuer le risque d'épuisement des ressources pétrolières et de soutenir la fabrication verte.
De nombreuses résines bio-basées sont compostables, dégradables ou recyclables et peuvent entrer dans le système de circulation naturelle pour réduire la pollution environnementale des déchets plastiques.
L'APL (acide polylactique) est un matériau bio-basé typique qui peut être composté et dégradés industriellement;
Bien que les matières premières de TEP à base de bio (téréphtalate de polyéthylène) soient en partie dérivées de la biomasse, sa structure est la même que celle de la TEP pétrochimique et que ses performances de dégradation soient plus faibles.
Cette distinction est cruciale pour les applications pratiques. Lors de la conception de produits, le type approprié de bio-résine doit être sélectionné en fonction de l'objectif (tel que l'emballage, les fournitures médicales, les pièces automobiles, etc.).
Industrie des emballages: comme les sacs en plastique à base de bio, les contenants alimentaires, les capsules de café, etc.;
Construction et décoration de la maison: Utilisé pour produire des revêtements de sol, des adhésifs bio-époxy, etc.;
Fabrication automobile: utilisé pour les composants légers, les panneaux intérieurs, etc.;
Matériel d'impression 3D: L'APL est le filament d'impression 3D plus commun de l'environnement;
Produits électroniques: Développement de matériaux de circuit imprimé bio-renouvelables sans halogène.
Comme les défis du changement climatique mondial, la pollution de l'environnement et l'énergie fossile de plus en plus rare deviennent de plus en plus graves, la recherche de matériaux alternatifs durables est devenu une orientation importante pour la fabrication et la science des matériaux. Dans ce contexte, les résines bio-basées sur l'environnement, en tant que matériau vert émergent, ont attiré une grande attention de la recherche scientifique et des communautés industrielles en raison de leurs sources renouvelables, de leur faible impact environnemental et de leurs performances fonctionnelles progressivement améliorées.
Par rapport aux résines traditionnelles à base de pétrole, les résines bio-basées ont des avantages évidents dans la réduction des émissions de carbone. Leurs matières premières proviennent généralement de plantes telles que le maïs, la canne à sucre, le soja ou les algues. Ces plantes absorbent le dioxyde de carbone par la photosynthèse pendant leur croissance, neutralisant ainsi les émissions de carbone générées pendant le processus de fabrication dans une certaine mesure. Les résines à base de pétrole ne produisent essentiellement que des émissions de carbone tout au long de leur cycle de vie et n'ont pas de puits de carbone.
Prenant l'exemple de l'acide polylactique (PLA), les émissions de gaz à effet de serre générées au cours de son processus de production peuvent être réduites d'environ 60% par rapport au polystyrène. Si le produit final peut être composté ou biodégradé, le carbone libéré peut également être absorbé par les plantes, réalisant davantage la "boucle fermée du cycle du carbone".
Une caractéristique importante des résines bio-basés est la source renouvelable de matières premières. Par exemple, le maïs et la canne à sucre peuvent être plantés et récoltés chaque année, contrairement aux ressources minérales telles que le pétrole et le gaz naturel, qui nécessitent des millions d'années d'évolution géologique pour se former.
Cette voie renouvelable basée sur la «réduction de la plantation-dégradation» non seulement atténue la dépendance à l'égard des ressources non renouvelables, mais améliore également la résilience et la contrôlabilité de la chaîne d'approvisionnement des matériaux. Avec l'avancement de la technologie de recyclage pour les sous-produits agricoles et les déchets, la diversité et la convivialité des sources de matières premières seront encore améliorées.
De nombreuses résines bio-basées sont biodégradables et peuvent être décomposées en eau, dioxyde de carbone et biomasse par des micro-organismes dans certaines conditions. Par exemple, le PLA, les polyhydroxyalkanoates (PHA), les résines à base d'amidon, etc. peuvent être complètement dégradés dans les environnements de compostage industriel, et peuvent également être lentement dégradés dans le sol et les plans d'eau dans certaines circonstances.
Cette caractéristique est d'une grande importance pour atténuer la "pollution blanche" et réduire les débris en plastique marin. Par rapport aux plastiques traditionnels qui mettent souvent des centaines d'années à se dégrader, les bio-résines sont plus facilement absorbées par l'écosystème après la fin de leur cycle de vie, ce qui aide à atteindre une boucle fermée vraiment verte.
L'utilisation à grande échelle et l'élimination aléatoire des plastiques pétrochimiques traditionnels ont entraîné de graves problèmes environnementaux, notamment l'accumulation de décharge, la pollution marine plastique et l'ingestion plastique par les animaux sauvages. Les résines bio-basées, en raison de leur dégradabilité et de leurs propriétés non toxiques, peuvent réduire considérablement l'impact négatif à long terme sur l'environnement naturel et l'écosystème.
Certaines résines bio-basées évitent également l'utilisation de catalyseurs toxiques et d'additifs de métaux lourds pendant le processus de production, ce qui réduit encore les risques potentiels pour l'environnement et la santé humaine.
Dans le passé, l'un des plus grands doutes concernant les bio-résines était de savoir si leur performance pouvait répondre aux besoins des applications pratiques. Avec le développement de la science des matériaux, des processus de polymérisation et des technologies de modification des composites, les résines bio-basées modernes ont apporté des améliorations significatives des performances fonctionnelles, comparables à certains plastiques traditionnels, et encore mieux dans certains aspects.
Grâce à la copolymérisation, à la réticulation, à la nano-amélioration et à d'autres moyens, les bio-résines modernes ont apporté des améliorations significatives dans la résistance à la traction, la résistance à l'impact, la flexibilité et d'autres aspects. Par exemple:
Le PLA modifié peut avoir une résistance à l'impact proche de l'ABS ou du PS;
L'ajout de fibres naturelles (comme les fibres de bambou et les fibres de chanvre) peut améliorer la stabilité structurelle et la résistance du matériau;
Les polyamides à base de bio (tels que PA11) ont été largement utilisés dans les automobiles, l'électronique, l'équipement sportif et d'autres champs avec des exigences élevées pour la résistance et la ténacité.
La nouvelle génération de résines bio-résines a fait des percées techniques dans la température de déformation thermique, l'indice de fusion, la température de décomposition thermique, etc., ce qui le rend adaptable à diverses méthodes de traitement telles que le moulage par injection, l'extrusion, le moulage par soufflage et l'impression 3D. Par exemple:
Les matériaux PLA avec une stabilité thermique améliorée peuvent maintenir la stabilité structurelle à des températures élevées et ne sont pas faciles à déformer;
Les polyesters bio-basés tels que le PBS (copolymère d'acide succinique) ont de bonnes propriétés et une flexibilité de scellement de chaleur, et conviennent à l'emballage de thermoformage.
Les paramètres de traitement de nombreuses résines bio (tels que le point de fusion, la viscosité, le taux de refroidissement) sont proches de ceux des plastiques traditionnels, afin qu'ils puissent être produits et moulés sans transformation à grande échelle de l'équipement existant, réduisant le coût de la transformation d'entreprise et améliorant l'acceptation du marché.
Grâce à la conception et à la modification de la structure chimique, les bio-résines peuvent obtenir diverses personnalisations fonctionnelles, telles que:
Résistance à l'eau, résistance à l'huile, retard de flamme et résistance aux UV;
Fonction de libération contrôlée (utilisée pour les films agricoles ou les porteurs de médicaments);
Résistance antibactérienne et mildiou (avantages dans l'emballage médical et alimentaire).
Cette capacité de personnalisation lui permet de s'adapter à un large éventail d'applications, de l'emballage de produits de consommation, des boîtiers de produits électroniques, des pièces automobiles aux films agricoles dégradables.
Avec le développement de la science des matériaux et des technologies vertes, les résines bio-respectueuses de l'environnement sont non seulement restées au stade de laboratoire, mais ont obtenu une application commerciale dans de nombreuses industries. Ce qui suit présentera ses exemples d'application et les avantages apportés par les cinq principaux domaines de l'emballage, de la construction et de la maison, médicale, automobile et agriculture en détail.
L'emballage est l'un des domaines les plus utilisés pour les résines bio-basés, en particulier dans les biens de consommation jetables et les emballages alimentaires. Les applications courantes comprennent:
Sacs en plastique biodégradables: sacs à provisions, sacs à ordures et sacs express en PLA, PBAT, résines à base d'amidon, etc., qui peuvent être dégradés dans des conditions de compostage industriel après une utilisation, en réduisant la "pollution blanche";
Conteneurs alimentaires et vaisselle: les bols, fourches, cuillères et tasses en matériaux tels que PLA et PHA sont non toxiques et peuvent contacter les aliments et ne libérer pas de substances nocives à des températures élevées;
Matériaux de tampon express: les fibres végétales ou les matériaux bio-basés en mousse sont utilisés pour remplacer la mousse de polystyrène pour l'enveloppement et les articles de transport tampon, ce qui réduit non seulement la pollution plastique, mais peut également être naturellement dégradé.
Les industries du bâtiment et de la maison se transforment progressivement vers des directions à faible teneur en carbone et respectueuses de l'environnement. Les résines bio-basées sont principalement utilisées dans les matériaux de revêtement, les adhésifs et les composants décoratifs dans de telles applications:
Revêtements de plancher de résine bio-époxy: les matériaux époxy à base d'huiles végétales ou de polyols naturels ont une bonne adhésion, une résistance à l'usure et une stabilité chimique et ne libèrent pas de gaz irritants;
Adhésifs pour le mobilier: les adhésifs synthétisés à partir de protéines de soja ou d'autres monomères bio-basés peuvent être utilisés pour la liaison de la planche, la fixation de surface, etc., en remplacement de colles traditionnelles à base de formaldéhyde et à la réduction de la pollution intérieure.
Dans l'industrie médicale, il existe des exigences extrêmement élevées pour la biocompatibilité et la sécurité des matériaux. Les résines bio-basées ont des avantages uniques dans les aspects suivants:
Instruments chirurgicaux jetables: des seringues jetables, des pinces chirurgicales, des pinces hémostatiques, etc. en matériaux tels que l'APL et le PHA sont non seulement sûrs et non toxiques, mais également dégradés lors de l'élimination médicale des déchets;
Sutures biobsorbables: sutures en PLA, PGA (acide polyglycolique), etc. peuvent être naturellement dégradées et absorbées dans le corps humain, en évitant la chirurgie secondaire et l'élimination des sutures, et atténuer la douleur du patient;
Porteurs de médicaments et membranes à libération prolongée: le taux de libération de médicament est contrôlé en utilisant une structure bio-résine, qui est utilisée pour la livraison ciblée ou les systèmes sous-cutanés à libération prolongée.
Alors que la poursuite de l'industrie automobile de la conservation de l'énergie, de la réduction des émissions et des augmentations de légèreté, les matériaux bio-basés sont progressivement introduits dans la fabrication de véhicules. Les applications typiques comprennent:
Les matériaux intérieurs automobiles: tels que les dossiers de siège, les garnitures de porte, les tableaux de bord, etc., sont faits de matériaux composites PLA ou de polyamides bio-basés (comme PA11), qui sont à la fois beaux et respectueux de l'environnement;
Panneaux composites légers: Les fibres naturelles (telles que le jute et les fibres de chanvre) sont combinées avec des bio-résines pour fabriquer des pièces structurelles corporelles ou des structures absorbant l'énergie, réduire le poids de l'ensemble du véhicule et améliorer l'efficacité énergétique.
L'agriculture est l'industrie la plus étroitement liée à l'environnement naturel. L'utilisation généralisée des plastiques traditionnels a provoqué une pression continue sur le sol et l'environnement écologique. L'introduction de résines bio-basés fournit une solution pour la transformation verte de l'agriculture:
Mulch agricole dégradable: un film fait de matériaux à base d'amidon ou à base de PLA remplace le film PE traditionnel. Il est utilisé pour couvrir après le semis et se dégrade automatiquement dans le sol après la fin de la croissance des cultures, éliminant le besoin de recyclage manuel;
Carrier d'engrais à libération contrôlée: Une structure de revêtement en bio-résine contrôle le taux de libération des nutriments, améliore l'efficacité des engrais et réduit le risque d'eutrophisation des plans d'eau;
Pots de semis et boîtes de semis: Fabriquées d'un mélange de fibres naturelles et de bio-résines, ils peuvent être directement plantés dans le sol et se dégrader naturellement avec la croissance des racines végétales sans affecter la qualité du sol.
À mesure que la conscience mondiale du développement durable et de la protection de l'environnement augmente, les plastiques traditionnels à base de pétrochimie sont progressivement remis en question pour leur impact négatif sur l'environnement. Dans ce contexte, les résines bio-basées sur l'environnement, en tant que matériel renouvelable et dégradable, émergent rapidement et deviennent un important moteur de la transformation verte dans de nombreuses industries. Ce type de résine utilise des ressources renouvelables telles que l'amidon végétal, la cellulose, l'huile végétale, l'acide lactique, etc. comme matières premières, ce qui réduit la dépendance aux ressources pétrolières pendant l'utilisation, tout en réduisant considérablement les émissions de carbone et la pollution de l'environnement.
L'industrie de l'emballage est l'une des zones les plus utilisées et la plus rapide pour les résines bio-basées. Cela est principalement dû à la double demande de l'industrie de protection de l'environnement et à la fonctionnalité des matériaux.
Des résines bio-basées telles que l'acide polylactique (PLA) et les polyhydroxyalkanoates (PHA) peuvent être transformées en sacs en plastique dégradables, en films d'emballage alimentaire, en films à bulles, en boîtes à emporter et en pailles. Après utilisation, ces produits peuvent être décomposés en dioxyde de carbone et en eau à travers des environnements de compostage industriel ou domestique, résolvant efficacement le problème de la "pollution blanche".
Par rapport aux plastiques traditionnels, l'emballage bio-résiine est plus sûr et ne contient pas d'additifs nocifs tels que le bisphénol A, qui répond aux exigences de sécurité des matériaux de contact alimentaires. Dans le même temps, certains matériaux bio-basés ont d'excellentes propriétés de la barrière d'oxygène et d'humidité, qui prolongent la durée de conservation des aliments et conviennent à une variété de besoins d'emballage tels que les aliments réfrigérés, les fruits et légumes frais.
De nombreux pays à travers le monde mettent progressivement en œuvre des interdictions en plastique ou des restrictions en plastique, et la demande des consommateurs d'emballages durables s'est développée rapidement, ce qui stimule la part de marché de l'emballage bio-résine. Les entreprises utilisent également l'emballage vert comme un moyen important de différenciation de la marque pour renforcer leur image environnementale.
Dans l'industrie automobile et la fabrication de produits électroniques, les résines bio-basées remplacent progressivement certains plastiques d'ingénierie traditionnels pour répondre aux multiples exigences de l'industrie en matière de matériaux légers, durables et respectueux de l'environnement.
Les constructeurs automobiles utilisent activement des matériaux composites à base de bio pour fabriquer des panneaux intérieurs de porte, des tableaux de bord, des tampons de tapis, des matériaux d'isolation de capuche, etc. Ces matériaux sont non seulement plus légers, ce qui contribue à réduire le poids de l'ensemble du véhicule et à améliorer l'efficacité énergétique, mais aussi en raison de leur processus de fabrication à faible émission de carbone, ils sont en ligne avec la tendance de transformation à faible carbone de l'industrie automobile.
Dans les appareils électroménagers, les téléphones intelligents, les ordinateurs portables et autres produits, les plastiques bio-basés sont utilisés pour fabriquer des boîtiers, des composants du clavier, des matériaux de revêtement en fil, etc. Certaines marques telles que Sony, Samsung, Dell, etc. ont introduit des matériaux bio-basés dans leurs produits pour répondre aux objectifs de développement durable.
Respectez les réglementations ROHS et REACH
L'utilisation de résines bio-résines aide les entreprises à répondre aux exigences de protection de l'environnement des ROH européennes (Restriction of dangereux Substances Directive) et à la portée (enregistrement, évaluation, autorisation et restriction des produits chimiques) et réduit les barrières à l'exportation causées par la non-conformité aux normes environnementales.
Dans le domaine des biens de consommation quotidiens, les résines bio-basées sur l'environnement deviennent progressivement une force importante dans la promotion d'un style de vie vert. Il augmente non seulement la valeur ajoutée des produits, mais répond également à la poursuite des concepts de protection de l'environnement par les consommateurs.
En raison de sa source naturelle de matières premières et de sa non-toxicité, les bio-résines sont des matériaux idéaux pour fabriquer des jouets pour enfants. Par rapport aux risques de métaux lourds, de plastifiants, etc. qui peuvent exister dans les jouets en plastique traditionnels, les jouets bio-basés sont plus sûrs et plus respectueux de l'environnement, et sont largement accueillis par les parents et le marché.
La vaisselle, les brosses à dents, les peignes, l'emballage cosmétique et d'autres nécessités quotidiennes ont commencé à utiliser des bioplastiques tels que PLA et PBS. Ces produits sont dégradables et sans pollution tout en répondant aux exigences de performance, devenant des alternatives respectueuses de l'environnement dans les domaines des hôtels, de l'aviation et des biens de consommation haut de gamme.
De plus en plus de marques commencent à utiliser des bio-résines pour remplacer les matériaux traditionnels pour démontrer leur engagement envers la protection de l'environnement. Par exemple, certaines marques de beauté utilisent des bouteilles d'emballage bioplastiques, ce qui reflète non seulement le concept de durabilité, mais attire également les consommateurs qui sont préoccupés par la protection de l'environnement.
Bien que l'application actuelle dans les industries de la construction et du textile soit relativement faible, les résines bio-basées sur l'environnement attirent progressivement l'attention avec leurs avantages uniques et montrent un grand potentiel de développement.
Les résines bio-basées peuvent être aggravées avec des fibres naturelles (telles que le chanvre, le lin et les fibres de bambou) pour produire des panneaux composites, des planchers, des panneaux décoratifs, des matériaux d'isolation, etc. Ces matériaux ont de bonnes propriétés mécaniques et la stabilité thermique. Tout en répondant aux besoins des structures de construction, ils réduisent l'empreinte carbone des bâtiments et aident à améliorer les scores de certifications de construction vertes telles que Leed et Breeam.
Les résines époxy à base de biosy et les résines en polyuréthane sont largement utilisées dans les revêtements à base d'eau, les peintures au sol, les scellants et autres produits de construction. Ils ne contiennent pas de COV (composés organiques volatils), améliorent la qualité de l'air intérieur et conviennent aux lieux ayant des exigences de santé élevées telles que les hôpitaux et les écoles.
Dans l'industrie textile, les résines bio-basées sont utilisées pour produire de nouveaux tissus respectueux de l'environnement tels que les fibres alternatives en polyester, les tissus revêtus et les tissus non tissés. Ces matériaux ont non seulement une bonne sensation de main et une bonne respirabilité, mais peuvent également être biodégradés dans certaines conditions, réduisant le fardeau des vêtements jetés sur l'environnement.
Alors que les gens accordent de plus en plus d'attention aux problèmes environnementaux, la durabilité des plastiques traditionnels à base de pétrole est progressivement devenue un objectif mondial. En tant que l'une des solutions, les résines bio-basées sur l'environnement (résines bio-basées) sont devenues une orientation de développement importante dans le domaine de la science des matériaux et de la fabrication verte en raison de leurs sources renouvelables, de leur dégradabilité potentielle et de leur empreinte faible en carbone. Dans le processus de promotion et d'application réel, les résines bio-basées sont toujours confrontées à une série de défis complexes et entrelacés.
Bien que les résines bio-basées aient des avantages évidents dans la performance environnementale, leur promotion est toujours gravement limitée par le "goulot d'étranglement des coûts" au niveau économique. Par rapport au système de production de plastique pétrochimique mature, les bio-résines sont toujours au stade de développement et manquent d'effets d'échelle. Son processus de production implique plusieurs liaisons complexes telles que l'extraction des matières premières, la conversion et la polymérisation, avec des barrières techniques élevées et une faible efficacité de production, entraînant des coûts unitaires élevés.
Le prix du marché des bio-résines est souvent affecté par les fluctuations du marché international du pétrole brut. Dans les périodes de bas prix du pétrole, l'avantage des coûts des plastiques à base de pétrole est plus évident, ce qui fait que les entreprises manquent de motivation suffisante pour investir dans des alternatives bio-basées sur un coût relativement élevé. Cette "concurrence déloyale" au niveau économique a largement supprimé la pénétration du marché des matériaux bio-basés.
Pour briser cette impasse, d'une part, un soutien politique est nécessaire, comme fournir des allégements fiscaux, des incitations à l'approvisionnement vert ou des mécanismes de trading du carbone pour améliorer l'enthousiasme des entreprises à adopter des bio-résines; D'un autre côté, les institutions de recherche scientifique et les entreprises doivent accélérer les percées technologiques dans des processus clés, améliorer l'efficacité de la conversion des matières premières et réduire les coûts de production.
Les matières premières des bioréniques proviennent principalement de la biomasse renouvelable, comme le maïs, la canne à sucre, les déchets de bois, les algues, etc. Si une production commerciale à grande échelle doit être réalisée, la demande de matières premières pour les bioréniques sera très importante, ce qui peut entraîner les deux problèmes clés suivants:
Concurrence avec la sécurité alimentaire: lorsque les cultures alimentaires sont utilisées en grande quantité dans l'industrie des matériaux, cela aura un impact sur l'attribution des terres agricoles et de l'approvisionnement alimentaire. Par exemple, l'amidon de maïs est souvent utilisé comme matière première pour l'acide polylactique (PLA). S'il n'y a pas de planification raisonnable, cela peut aggraver le phénomène de "l'alimentation et l'industrie en compétition pour les terres".
Surexploitation des ressources foncières: Afin de répondre aux besoins industriels, certaines régions peuvent transformer des zones écologiquement sensibles telles que les forêts et les zones humides en cultures énergétiques ou bases de plantation de cultures industrielles, provoquant des risques environnementaux tels que la biodiversité diminuée, la tension des ressources en eau et les puits de carbone réduits.
Pour obtenir une alimentation en matières premières durables pour les biorénines, il est nécessaire non seulement de développer des cultures énergétiques à haut rendement et résistantes au stress (comme le sorgho sucré, le manioc, les microalgues, etc.), mais aussi pour favoriser l'utilisation des ressources des déchets agricoles et des sous-produits forestiers. De plus, l'établissement d'un mécanisme de traçabilité pour la source des matières premières aidera les entreprises et les consommateurs à évaluer leur impact environnemental et à améliorer la transparence de la chaîne d'approvisionnement.
La plupart des résines bio-basées ont des propriétés dégradables, en particulier des polymères tels que PLA et PHA. Cependant, leur «dégradabilité» ne signifie pas qu'ils peuvent être rapidement décomposés dans l'environnement naturel. En fait, de nombreuses bio-résines nécessitent des conditions spécifiques (telles que une température élevée, une humidité élevée et un environnement aérobie) pour terminer le processus de dégradation dans les installations de compostage industriel.
Le problème est que la plupart des parties du monde n'ont pas encore établi de système complet de compostage industriel, en particulier dans les pays en développement et les zones urbaines éloignées, où les ordures sont encore principalement dérangées ou incinérées. Même dans les pays développés en Europe et aux États-Unis, il existe des différences régionales dans la couverture du compostage industriel.
Cela crée une véritable contradiction: si la bio-résine qui prétend être respectueuse de l'environnement entre dans la chaîne traditionnelle des ordures dans le mauvais système de traitement, elle ne parviendra pas seulement à réaliser sa mission verte, mais peut également former une situation embarrassante de "protection pseudo-environnementale".
Pour résoudre ce problème, des efforts doivent être faits à deux niveaux: premièrement, le gouvernement doit accélérer la construction de la classification des déchets et de l'infrastructure de traitement biodégradable; Deuxièmement, la recherche et le développement matériels devraient évoluer dans le sens de la «dégradation de l'environnement» ou de la «dégradation de l'environnement» pour améliorer la capacité des matériaux à s'adapter à une variété d'environnements d'élimination.
Avec l'amélioration de la sensibilisation à l'environnement, des produits avec des étiquettes tels que "bio-basés", "dégradables" et "respectueux de l'environnement" émergent sur le marché. Cependant, la définition globale actuelle de ces concepts n'a pas encore été unifiée, et différents pays et institutions ont des normes différentes, qui peuvent facilement confondre les consommateurs et les fabricants dans la compréhension.
Par exemple, "bio-basé" n'est pas le même que "dégradable"; Un matériau peut être dérivé de la biomasse, mais il ne peut pas être décomposé dans l'environnement naturel en raison de sa structure stable. De même, «dégradable» peut également être divisé en plusieurs types tels que la dégradation biodégradable, biocompostable et soluble dans l'eau, chacune nécessitant des conditions environnementales différentes.
Bien que certaines organisations internationales telles que le Comité européen de standardisation (CEN), ASTM International, ISO, etc. aient publié certaines normes techniques et systèmes de certification, tels que EN 13432 et ASTM D6400, leur portée d'influence est toujours limitée et manque de monnaie mondiale. Les procédures de certification complexes et coûteuses découragent également les petites et moyennes entreprises.
Il est particulièrement urgent d'établir un système d'étiquetage unifié, vif et facile à comprendre. Les régulateurs devraient formuler des directives claires de classification et d'étiquetage des produits et promouvoir les mécanismes mondiaux de reconnaissance mutuelle pour protéger les droits des consommateurs et purifier l'ordre du marché.
En plus des quatre défis majeurs ci-dessus, les résines bio-basées impliquent également les problèmes réalistes suivants dans le processus de promotion:
Stabilité des performances: certaines bio-résines sont encore inférieures aux plastiques traditionnels en termes de stabilité thermique, de résistance mécanique et de résistance aux UV, ce qui limite leur application dans des scénarios de demande haute performance tels que les automobiles, la construction et l'électronique.
Manque de sensibilisation aux consommateurs: de nombreux consommateurs ont une connaissance limitée des effets de la protection de l'environnement, de l'utilisation et des méthodes d'élimination des matériaux "bio-basés", et peuvent même abuser des produits en raison de malentendus sur la dégradation, ce qui affecte à son tour leur valeur environnementale.
Difficulté à intégrer la chaîne industrielle: un système complet en boucle fermée à partir de l'acquisition de matières premières, du traitement, de l'utilisation du recyclage n'a pas encore été établi, en particulier dans les chaînes d'approvisionnement transfrontalières et l'intégration multi-industrie. Il y a encore des barrières de coordination.
Avec l'avancement continu de la technologie, les performances des résines bio-basées ont été continuellement améliorées, ce qui les rend hautement compétitives dans une variété de domaines d'application. Les résines bio-basés traditionnelles telles que l'acide polylactique (PLA) et les polyhydroxyalkanoates (PHA) ont été principalement confrontées à des performances insatisfaisantes par rapport aux résines à base de pétrochimie au début, telles que des problèmes de stabilité thermique et de résistance plus faibles qui sont facilement affectés par l'humidité. Ces dernières années, les scientifiques des matériaux ont adopté des approches innovantes pour résoudre progressivement ces problèmes.
Sur la base de l'innovation des biocatalyseurs et de la technologie de polymérisation catalysée par les enzymes, le processus de synthèse des résines bio-basés a été optimisé, et le contrôle des chaînes moléculaires a été plus précis, améliorant ainsi efficacement la stabilité thermique et la force mécanique de la résine. Grâce à cette méthode, les chercheurs peuvent introduire des groupes fonctionnels spécifiques dans les molécules de résine pour les faire avoir une résistance à la chaleur et une résistance chimique plus élevées, et même maintenir une bonne stabilité dans des environnements à haute température. Par exemple, certaines nouvelles résines PLA ont considérablement augmenté leur température de déformation de la chaleur en introduisant des comonores spéciaux, élargissant ainsi l'espace d'application de l'APL dans des environnements à haute température.
Avec la montée en puissance de la nanotechnologie, l'ajout de nanomatériaux tels que les nanofibres et les nanofilleurs aux résines bio-basés a considérablement amélioré leurs propriétés mécaniques et leur ténacité. Par exemple, le mélange de nanoparticules de graphène nano-échelle ou de silice avec PLA peut améliorer considérablement sa résistance à la traction et sa résistance à l'impact. Ce matériau composite a montré un grand potentiel d'application dans des champs avec des exigences de matériaux extrêmement élevées telles que les industries aérospatiales et automobiles.
Avec l'avancement de la technologie d'impression 3D, les scénarios d'application des résines bio-basés sont constamment en expansion. Dans le domaine de l'impression 3D, les résines bio-basées telles que PLA et PHA sont progressivement devenues l'un des matériaux grand public en raison de leur bonne imprimabilité, de leur non-toxicité et de leur dégradabilité. En utilisant la technologie d'impression 3D avancée, les résines bio-basés peuvent non seulement réaliser la fabrication de formes complexes, mais également ajuster les propriétés mécaniques et les propriétés fonctionnelles des matériaux en fonction de la demande, ce qui les rend de plus en plus largement utilisés dans la personnalisation personnalisée, les soins médicaux, la construction et d'autres champs.
L'amélioration des performances et les progrès technologiques des résines bio-basés ont jeté les bases de leur remplacement à grande échelle des matériaux plastiques traditionnels. Alors que la technologie continue de mûrir, nous avons des raisons de croire que les résines bio-basées joueront un rôle important dans des champs plus à la demande à l'avenir.
La source de matières premières pour les résines bio-basées détermine leur durabilité et leur économie. Avec la préoccupation croissante de l'impact environnemental, les résines bio-génération traditionnelles de première génération (comme le maïs, la canne à sucre, etc.) sont confrontées à des défis de la concurrence des ressources et des problèmes environnementaux. Pour résoudre ce problème, les scientifiques et les ingénieurs explorent les matières premières de deuxième génération et de troisième génération, qui sont non seulement plus respectueuses de l'environnement, mais améliorent également efficacement l'efficacité de l'utilisation des ressources.
Les matières premières de deuxième génération comprennent principalement des déchets agricoles, tels que la paille, les copeaux de bois, les peelings, etc. Par exemple, les matériaux de cellulose préparés à partir de paille peuvent remplacer les matériaux pétrochimiques traditionnels dans de nombreux cas. Ils ont non seulement de bonnes propriétés mécaniques, mais peuvent également réaliser une dégradation complète du cycle de vie. Cette idée de «déchets en ressources précieuses» est une direction importante pour promouvoir le développement de résines bio-basées.
Les matières premières biosorales de troisième génération comprennent principalement des algues, des micro-organismes et des plantes marines. Ces matières premières se développent rapidement, ne comptent pas sur les ressources foncières et ne nécessitent presque aucune introduction agricole supplémentaire, qui présentent d'énormes avantages environnementaux et économiques. En tant que matière première à base de bio, les algues peuvent absorber une grande quantité de dioxyde de carbone en très peu de temps et la convertir en biomasse en raison de sa photosynthèse efficace. Par conséquent, les algues sont non seulement une ressource durable, mais son processus de croissance aide également à atténuer le changement climatique. Les résines bio-basées produites à partir d'algues ont non seulement de bonnes propriétés physiques et chimiques, mais peuvent également réduire efficacement les émissions de gaz à effet de serre, ce qui en fait un matériau alternatif vert idéal.
En termes de chaîne d'approvisionnement en matières premières, avec l'émergence de ces nouvelles matières premières, les modèles de chaîne de production et d'approvisionnement des résines bio-basés mondiaux changent également. De nombreuses entreprises ont commencé à optimiser les chaînes d'approvisionnement localisées et les cycles de ressources, s'efforçant de réduire l'empreinte carbone du processus de production. Par exemple, les fermes de certaines régions ont coopéré avec des entreprises conjointes pour produire des résines bio-basées à partir de déchets agricoles pour former un système de chaîne d'approvisionnement en boucle fermée, ce qui améliore non seulement l'efficacité de l'utilisation des ressources, mais offre également aux agriculteurs une nouvelle source de revenu économique. Dans le même temps, certaines méthodes de production émergentes telles que les systèmes de culture d'algues ont également favorisé la production à grande échelle de résines bio-basées dans une certaine mesure.
L'innovation des matières premières et l'optimisation de la chaîne d'approvisionnement ne sont pas seulement des facteurs techniques qui favorisent le développement de résines bio-basés, mais créent également des conditions plus stables et durables pour leur application à grande échelle.
Les politiques gouvernementales jouent un rôle important dans la promotion des résines bio-basées. De nombreux pays et régions du monde entier ont reconnu l'impact positif des matériaux bio-basés sur la protection de l'environnement et les ont promus grâce à une série de politiques et de réglementations. Par exemple, la stratégie Green Deal and Plastic lancée par l'Union européenne a clairement déclaré que l'Union européenne éliminerait progressivement les produits en plastique jetables et favoriserait l'utilisation de plastiques dégradables et de plastiques bio-basés. L'introduction de ces politiques a forcé les entreprises à accélérer la recherche et le développement et l'application de matériaux bio-basés pour s'assurer qu'ils restent compétitifs sur un marché avec des réglementations environnementales de plus en plus strictes.
En Chine, le gouvernement a également introduit une série de politiques exigeant que tous les types d'entreprises réduisent la pollution plastique et encouragent le développement de matériaux bio-basés et dégradables. La Commission nationale de développement et de réforme de la Chine a publié le "14e plan quinquennal pour la protection écologique et environnementale", proposant d'augmenter la recherche et le développement de matériaux respectueux de l'environnement et de faire des plastiques bio-basés sur une orientation clé pour le développement futur. Avec la mise en œuvre progressive de «l'ordre de restriction en plastique», la demande de résines bio sur le marché chinois augmente également.
Les objectifs de responsabilité verte et de développement durable des entreprises sont également devenus des facteurs importants dans la promotion de la vulgarisation des résines bio-basées. De nombreuses sociétés multinationales, telles que Nike, Apple et Nestlé, ont incorporé des matériaux respectueux de l'environnement dans leurs chaînes d'approvisionnement et promu l'utilisation de résines bio-basées grâce à des politiques d'approvisionnement vert. Ces sociétés se sont engagées publiquement à réduire les déchets plastiques, à promouvoir le recyclage et la réutilisation et à participer activement aux achats verts pour promouvoir l'application de matériaux respectueux de l'environnement dans divers domaines.
Avec l'amélioration de la gestion mondiale de la chaîne d'approvisionnement verte, de plus en plus d'entreprises ont commencé à réaliser qu'en adoptant des matériaux respectueux de l'environnement tels que des résines biosorales, ils peuvent non seulement améliorer leur image de marque et leur compétitivité du marché, mais aussi atteindre l'objectif du développement durable en réduisant les émissions de carbone et la consommation de ressources. Ce modèle de promotion des politiques et de responsabilité d'entreprise est la clé du développement rapide des résines bio-basées.
Les avantages environnementaux des résines bio-basés sont bien plus que des émissions de faible teneur en carbone lors de l'utilisation. Comment réaliser un recyclage et une réutilisation efficaces après la fin du cycle de vie du produit est la clé pour réaliser sa durabilité complète. Cela nécessite d'intégrer des résines bio-basées dans le système d'économie circulaire pour obtenir un flux de ressources en boucle fermée.
Le concept principal de l'économie circulaire est de maximiser le cycle de vie des ressources et de réduire la production de déchets grâce à une intégration étroite de la conception, de l'utilisation et du recyclage. Pour les résines bio, cela signifie que la recyclabilité, la dégradabilité et la réutilisation des matériaux doivent être prises en compte au stade de la conception. Par exemple, lors de la conception d'un produit, sa future méthode de recyclage doit être prise en compte et les matériaux recyclables et décomposables doivent être utilisés séparément pour un démontage et un recyclage faciles. Dans le même temps, les énergies renouvelables peuvent également être utilisées dans le processus de production des résines bio-basées pour réduire les émissions de carbone dans le processus de production, afin de vraiment atteindre la convivialité environnementale tout au long du cycle de vie, des matières premières aux produits finaux.
Les caractéristiques de dégradation des résines bio-basées sont également une base importante pour leur entrée dans le système d'économie circulaire. À l'heure actuelle, de nombreuses résines bio, telles que PHA et PLA, se sont avérées être en mesure de se dégrader dans l'environnement naturel et de réduire la pollution à l'environnement écologique. Différentes résines bio-basés ont des vitesses et des méthodes de dégradation différentes, de sorte que les choix correspondants doivent être faits pour différentes utilisations pendant la conception. Par exemple, les résines bio-basées utilisées dans l'emballage alimentaire et les films agricoles devraient avoir les caractéristiques d'une dégradation rapide, tandis que les produits à long terme tels que les automobiles et les produits électroniques devraient se concentrer davantage sur le recyclage et la réutilisation.
Avec la promotion du concept d'économie circulaire, de plus en plus d'entreprises et de gouvernements ont commencé à prêter attention à la façon de promouvoir le recyclage et la réutilisation des résines bio-basées sur l'innovation technologique, l'optimisation de la conception et les conseils politiques. Par exemple, certains pays européens ont commencé à établir un système de recyclage pour les matériaux bio-basés, à promouvoir le recyclage mixte des bioplastiques et des plastiques traditionnels, et les convertissent en nouveaux matériaux grâce à la technologie de recyclage chimique.
Grâce à l'intégration du système de matériaux circulaires, les résines bio-basés peuvent non seulement réduire les déchets de ressources pendant la phase d'utilisation, mais également être recyclées efficacement après la fin du cycle de vie du produit et remettre dans le processus de production pour former une véritable boucle fermée. Ce concept complet de conception du cycle de vie est un moyen important de réaliser le développement durable des résines bio-basées.
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