Wraz z ciągłą poprawą globalnej świadomości w zakresie ochrony środowiska i coraz pilniejszym zapotrzebowaniem na zrównoważony rozwój, tradycyjne materiały stoją przed wieloma wyzwaniami, a przyjazne dla środowiska materiały pszeniczne stały się wschodzącym materiałem pochodzenia biologicznego. W artykule omówiono charakterystykę, badania i rozwój oraz status produkcji materiałów przyjaznych dla środowiska pszenicy, dogłębnie przeanalizowano perspektywy jej zastosowania w opakowaniach, tekstyliach, budownictwie, rolnictwie i innych dziedzinach, a także zbadano stojące możliwości i wyzwania, oczekując przyszłych trendów rozwojowych , którego celem jest zapewnienie wszechstronnego odniesienia dla odpowiednich praktyków z branży, badaczy i decydentów oraz pomoc w promowaniu powszechnego stosowania i przemysłowej modernizacji materiałów przyjaznych dla środowiska pszenicy.
1. Wprowadzenie
W dzisiejszej dobie kwestie ochrony środowiska stały się jednym z kluczowych czynników ograniczających rozwój społeczeństwa ludzkiego. Tradycyjne materiały, takie jak tworzywa sztuczne i włókna chemiczne, spowodowały szereg poważnych problemów, takich jak niedobory zasobów, wysokie zużycie energii i białe zanieczyszczenie podczas produkcji, użytkowania i przetwarzania odpadów. W tym kontekście pilnie należy znaleźć odnawialne, ulegające degradacji i przyjazne dla środowiska materiały alternatywne. Stwierdzono, że produkty uboczne pszenicy powstałe w procesie przetwarzania, takie jak słoma pszenna i otręby pszenne, są ważną rośliną spożywczą powszechnie uprawianą na świecie. Stopniowo pojawiają się przyjazne dla środowiska materiały pszeniczne przekształcane za pomocą innowacyjnych technologii i oczekuje się, że zmienią wiele wzorców przemysłowych.
2. Przeglądmateriały przyjazne dla środowiska pszenicy
Źródła i składniki surowców
Z pszenicy pochodzą głównie materiały przyjazne dla środowiskasłoma pszennai otręby. Słoma pszenna jest bogata w celulozę, hemicelulozę i ligninę, a te naturalne polimery zapewniają podstawowe wsparcie strukturalne materiału. Celuloza charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i wysoką krystalicznością, co nadaje materiałowi wytrzymałość; hemiceluloza jest stosunkowo łatwa do rozkładu i może poprawić wydajność przetwarzania; lignina zwiększa sztywność i wodoodporność materiału. Otręby pszenne są bogate w błonnik pokarmowy, białko oraz niewielką ilość tłuszczu, składników mineralnych itp., co może uzupełnić niedobory składników słomy i zoptymalizować wydajność materiału, np. poprawić elastyczność i właściwości powierzchniowe, dzięki czemu lepiej nadaje się do zróżnicowanej technologii przetwarzania .
Proces przygotowania
Obecnie proces przygotowania surowców przyjaznych dla środowiska pszenicy obejmuje metody fizyczne, chemiczne i biologiczne. Metody fizyczne, takie jak kruszenie mechaniczne i formowanie na gorąco, które kruszą słomę, a następnie kształtują ją w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem, są proste w obsłudze i tanie. Często wykorzystuje się je do przygotowania produktów podstawowych, takich jak jednorazowe zastawy stołowe i talerze; metody chemiczne obejmują reakcje estryfikacji i eteryfikacji, w których wykorzystuje się odczynniki chemiczne do modyfikacji struktury molekularnej surowców w celu poprawy przyczepności i wodoodporności materiałów w celu spełnienia wyższych wymagań w zakresie opakowań i zastosowań tekstylnych, ale istnieje ryzyko pozostałości odczynników chemicznych; metody biologiczne wykorzystują mikroorganizmy lub enzymy do degradacji i przekształcania surowców. Proces jest ekologiczny i delikatny i umożliwia przygotowanie drobnych materiałów o wysokiej wartości dodanej. Jednakże długi cykl fermentacji i wysoki koszt preparatów enzymatycznych ograniczają zastosowania na dużą skalę, a większość z nich znajduje się na etapie badań laboratoryjnych i rozwoju.
3. Zalety materiałów przyjaznych dla środowiska pszenicy
Przyjazność dla środowiska
Z punktu widzenia oceny cyklu życia, materiały przyjazne dla środowiska pszenicy wykazały swoje zalety. Proces wzrostu surowca pochłania dwutlenek węgla i uwalnia tlen, co pomaga złagodzić efekt cieplarniany; proces produkcyjny charakteryzuje się niskim zużyciem energii, co znacznie zmniejsza zależność od energii kopalnej w porównaniu z syntezą tworzyw sztucznych na bazie ropy naftowej; obróbka odpadów po użyciu jest prosta i mogą one szybko ulegać biodegradacji w środowisku naturalnym, generalnie rozkładając się na nieszkodliwą wodę, dwutlenek węgla i humus w ciągu kilku miesięcy do kilku lat, skutecznie rozwiązując problemy środowiskowe, takie jak zanieczyszczenie gleby i zatykanie wody spowodowane „stuletnim brakiem korozji” tradycyjnych tworzyw sztucznych.
Odnawialność zasobów
Jako roślina jednoroczna pszenica jest szeroko uprawiana i co roku generuje ogromną światową produkcję, która może w sposób ciągły i stabilny zapewniać wystarczającą ilość surowców do przygotowania materiału. W przeciwieństwie do zasobów nieodnawialnych, takich jak ropa naftowa i węgiel, o ile produkcja rolna jest rozsądnie planowana, surowce pszenicy są prawie niewyczerpane, co zapewnia długoterminowy łańcuch dostaw przemysłu materiałowego, zmniejsza ryzyko przemysłowe spowodowane wyczerpywaniem się zasobów i wpisuje się w koncepcję gospodarki o obiegu zamkniętym.
Unikalna wydajność
Materiały przyjazne dla środowiska pszenicy mają dobre właściwości termoizolacyjne i dźwiękochłonne, które wynikają z jej wewnętrznej porowatej struktury włókien. Wypełnia je powietrze tworząc naturalną barierę, co ma istotne zalety w zakresie budowy płyt izolacyjnych; jednocześnie materiał ma lekką konsystencję i niską gęstość względną, co zmniejsza wagę produktu oraz ułatwia transport i użytkowanie. Na przykład w dziedzinie opakowań lotniczych zmniejsza koszty, zapewniając jednocześnie działanie ochronne; ponadto ma również pewne właściwości antybakteryjne. Naturalne składniki zawarte w słomie pszennej i otrębach pszennych działają hamująco na rozwój niektórych mikroorganizmów, przedłużając trwałość produktu i mają szerokie perspektywy w zastosowaniach do pakowania żywności.
4. Obszary zastosowań materiałów przyjaznych dla środowiska pszenicy
Przemysł opakowań
W dziedzinie opakowań pszenne materiały przyjazne dla środowiska stopniowo wypierają tradycyjne opakowania z tworzyw sztucznych. W zakresie jednorazowych zastaw stołowych, talerze, pudełka śniadaniowe, słomki itp. wykonane ze słomy pszennej wyglądem przypominają plastik, są jednak nietoksyczne i pozbawione smaku, a także nie wydzielają szkodliwych substancji chemicznych po podgrzaniu, spełniając potrzeby dostarczania żywności. Niektóre duże sieciowe firmy cateringowe zaczęły próbować je promować; w opakowaniach ekspresowych do wypełnienia stosuje się materiały wyściełające, koperty i kartony z niego wykonane, które mają dobre właściwości amortyzujące, chronią towar, a jednocześnie ulegają degradacji, ograniczając gromadzenie się śmieci ekspresowych. Platformy handlu elektronicznego i firmy ekspresowe przeprowadziły pilotaż tego rozwiązania i oczekuje się, że zmieni on kształt ekologicznego systemu opakowań logistycznych.
Przemysł tekstylny
Włókno celulozowe jest ekstrahowane ze słomy pszennej i otrębów pszennych i przetwarzane na nowy rodzaj tkaniny tekstylnej w specjalnym procesie przędzenia. Ten rodzaj tkaniny jest miękki i przyjazny dla skóry, oddychający i lepiej wchłania wilgoć niż czysta bawełna. Jest suchy i wygodny w noszeniu, ma swój własny naturalny kolor i fakturę. Ma wyjątkową wartość estetyczną i pojawił się w dziedzinie wysokiej klasy mody i wyposażenia wnętrz. Niektóre marki modowe wypuściły na rynek limitowaną edycję odzieży z włókna pszennego, która przyciągnęła uwagę rynku i dodała energii rozwojowi zrównoważonej mody.
Przemysł budowlany
Jako materiał do izolacji budynków, przyjazne dla środowiska panele pszeniczne są łatwe w montażu, a efekt izolacyjny jest porównywalny z tradycyjnymi płytami styropianowymi, ale bez ryzyka palności i wydzielania się toksycznych gazów, co poprawia bezpieczeństwo przeciwpożarowe budynków; jednocześnie służą do dekoracji wnętrz, takich jak ścienne panele dekoracyjne i sufity, aby stworzyć naturalną i ciepłą atmosferę, a także mogą regulować wilgotność w pomieszczeniu, pochłaniać zapachy i tworzyć zdrowe środowisko życia. Niektóre projekty demonstracyjne budownictwa ekologicznego przyjęły je w dużych ilościach, wyznaczając trend ekologicznych materiałów budowlanych.
Pole rolnicze
W produkcji rolnej ważną rolę odgrywają doniczki i ściółka wykonane z materiałów przyjaznych dla środowiska pszenicy. Doniczki z sadzonkami mogą ulegać naturalnej degradacji i nie ma potrzeby ich wyjmowania podczas przesadzania sadzonek, co pozwala uniknąć uszkodzenia korzeni i poprawia przeżywalność przesadzania; degradowalna ściółka pokrywa pola uprawne, zatrzymuje wilgoć i podnosi temperaturę, sprzyjając wzrostowi roślin i rozkłada się po zakończeniu sezonu wegetacyjnego, nie wpływając na uprawę kolejnej rośliny, rozwiązując problem pozostałości tradycyjnej ściółki z tworzywa sztucznego zanieczyszczających glebę i utrudniających prowadzenie działalności rolniczej oraz promując zrównoważony rozwój rozwój rolnictwa.
V. Wyzwania stojące przed rozwojem materiałów pszennych przyjaznych środowisku
Techniczne wąskie gardła
Pomimo postępu w badaniach i rozwoju, nadal występują trudności techniczne. Po pierwsze, optymalizacja wydajności materiału. Jeśli chodzi o poprawę wytrzymałości i wodoodporności w celu spełnienia złożonych scenariuszy użytkowania, istniejące technologie nie są w stanie zrównoważyć kosztów i wydajności, co ogranicza rozwój zaawansowanych zastosowań. Po drugie, proces produkcyjny jest niestabilny, a wahania składników surowców w różnych partiach prowadzą do nierównej jakości produktu, co utrudnia osiągnięcie standaryzowanej produkcji na dużą skalę, co wpływa na pewność inwestycji przedsiębiorstw i promocję rynku.
Czynniki kosztowe
Obecnie koszt materiałów przyjaznych dla środowiska pszenicy jest wyższy niż w przypadku materiałów tradycyjnych. Na etapie odbioru surowca słoma jest rozproszona, promień zbioru jest duży, a jej składowanie jest trudne, co zwiększa koszty transportu i magazynowania; na etapie produkcji zaawansowany sprzęt opiera się na imporcie, biologiczne preparaty enzymatyczne i odczynniki do modyfikacji chemicznych są drogie i chociaż energochłonność produkcji jest stosunkowo niska, nadal stanowi dużą część kosztów; na wczesnym etapie promocji rynkowej nie kształtuje się efekt skali i nie można obniżyć jednostkowego kosztu produktu. Znajduje się w niekorzystnej sytuacji w konkurowaniu z tanimi, tradycyjnymi materiałami, co utrudnia konsumentom i przedsiębiorstwom dokonanie wyboru.
Świadomość i akceptacja rynku
Konsumenci od dawna są przyzwyczajeni do tradycyjnych materiałów i produktów i mają ograniczoną wiedzę na temat pszennych materiałów przyjaznych dla środowiska. Obawiają się o ich trwałość i bezpieczeństwo, wykazują niewielką chęć zakupu; po stronie przedsiębiorstwa ograniczają je ryzyko kosztowe i techniczne oraz ostrożnie podchodzą do przejścia na nowe materiały. W szczególności małym i średnim przedsiębiorstwom brakuje środków i talentów na badania i rozwój, a ponadto trudno jest nadążyć za nimi na czas; ponadto łańcuch przemysłowy niższego szczebla nie jest dobrze wyposażony oraz brakuje profesjonalnych zakładów zajmujących się recyklingiem i przetwarzaniem, co wpływa na recykling produktów odpadowych, a w konsekwencji hamuje rozwój rynku materiałów front-end.
VI. Strategie reagowania i możliwości rozwoju
Współpraca przemysł-uniwersytet-badania w celu przełamania technologii
Uniwersytety, instytucje naukowo-badawcze i przedsiębiorstwa powinny ściśle ze sobą współpracować. Uniwersytety powinny w pełni wykorzystać swoje zalety w badaniach podstawowych i badać nowe mechanizmy modyfikacji materiałów i ścieżki biotransformacji; instytucje naukowo-badawcze powinny skupić się na optymalizacji procesów i wspólnie z przedsiębiorstwami przeprowadzić produkcję pilotażową, aby przezwyciężyć problemy ze stabilnością techniczną; przedsiębiorstwa powinny zapewniać fundusze i informacje zwrotne od rynku, aby przyspieszyć uprzemysłowienie wyników badań naukowych, na przykład tworząc wspólne centra badawczo-rozwojowe, a rząd powinien dobierać partnerów i zapewniać wsparcie polityczne w celu promowania iteracji i modernizacji technologicznej.
Wsparcie polityczne zmniejsza koszty
Rząd wprowadził politykę dotacji w celu zapewnienia dotacji transportowych do odbioru surowców w celu zmniejszenia kosztów logistyki; strona produkcyjna zapewnia zwolnienia podatkowe na zakup sprzętu oraz badania i rozwój nowych technologii, aby zachęcić przedsiębiorstwa do aktualizacji technologii; Przedsiębiorstwa niższego szczebla, które korzystają z materiałów przyjaznych dla środowiska pszenicy, takie jak firmy opakowaniowe i budowlane, otrzymują dotacje na zielone zamówienia w celu pobudzenia popytu na rynku, a poprzez wsparcie całego łańcucha przemysłowego pomagają obniżyć koszty i zmniejszyć różnicę cenową w stosunku do tradycyjnych materiałów.
Wzmocnij promocję i zwiększ świadomość
Wykorzystuj media, wystawy i działania popularnonaukowe w celu nagłaśniania zalet i zastosowań materiałów przyjaznych dla środowiska pszenicy za pośrednictwem wielu kanałów, prezentowania certyfikatów bezpieczeństwa i trwałości produktów oraz eliminowania obaw konsumentów; zapewniać przedsiębiorstwom wskazówki dotyczące szkoleń technicznych i transformacji, dzielić się udanymi doświadczeniami i stymulować entuzjazm korporacji; ustanawia standardy branżowe i systemy identyfikacji produktów, standaryzuje rynek, ułatwia konsumentom i przedsiębiorstwom identyfikację i zaufanie, tworzy dobrą ekologię przemysłową oraz wykorzystuje możliwości rynkowe w zakresie zielonej konsumpcji i zrównoważonego rozwoju.
VII. Perspektywa przyszłości
Oczekuje się, że dzięki ciągłym innowacjom technologicznym, ciągłemu doskonaleniu polityk i zwiększonej świadomości rynku, materiały przyjazne dla środowiska pszenicy zapoczątkowują gwałtowny rozwój. W przyszłości powstaną wysokowydajne kompozytowe materiały pszenne, łączące zalety różnych materiałów naturalnych lub syntetycznych i rozszerzające się na dziedziny zaawansowanych technologii, takie jak samochody i elektronika; pojawią się inteligentne, wyczuwalne surowce pszenne, monitorowanie środowiska i świeżości żywności w czasie rzeczywistym, wzmocnienie inteligentnych opakowań i inteligentnych domów; utworzone zostaną klastry przemysłowe, a cały łańcuch od sadzenia surowców, przetwarzania materiałów po recykling produktów będzie rozwijał się w skoordynowany sposób, realizując efektywne wykorzystanie zasobów i maksymalizując korzyści przemysłowe, stając się główną siłą światowego przemysłu materiałów ekologicznych i kładąc nacisk na solidny materialny fundament trwałego dobrobytu społeczeństwa ludzkiego.
VIII. Wniosek
Materiały przyjazne dla środowiska pszenicy, ze swoimi wyjątkowymi zaletami w zakresie ochrony środowiska, zasobów i wydajności, wykazały szerokie perspektywy w wielu dziedzinach. Chociaż obecnie stoją przed wieloma wyzwaniami, takimi jak technologia, koszty i rynek, oczekuje się, że przełamią te trudności dzięki wspólnym wysiłkom wszystkich stron. Wykorzystanie szansy na energiczny rozwój nie tylko rozwiąże kryzys środowiskowy wywołany przez tradycyjne materiały, ale także da początek powstającym zielonym gałęziom przemysłu, osiągnie sytuację, w której obie strony zyskają w zakresie wzrostu gospodarczego i ochrony środowiska, otworzy nową erę w dziedzinie materiałów i stworzyć lepszy ekologiczny dom dla przyszłych pokoleń.