Z nenehnim izboljševanjem globalne ozaveščenosti o varstvu okolja in vse bolj nujnim povpraševanjem po trajnostnem razvoju se tradicionalni materiali soočajo s številnimi izzivi, pšenični okolju prijazni materiali pa so se pojavili kot nastajajoči biomateriali. Ta članek podrobneje obravnava značilnosti, raziskave in razvoj ter status proizvodnje pšeničnih okolju prijaznih materialov, poglobljeno analizira možnosti njihove uporabe v embalaži, tekstilu, gradbeništvu, kmetijstvu in na drugih področjih ter raziskuje priložnosti in izzive, s katerimi se sooča, ter se veseli prihodnjih razvojnih trendov. , katerega namen je zagotoviti izčrpno referenco za ustrezne strokovne delavce v industriji, raziskovalce in oblikovalce politik ter pomagati pri spodbujanju široke uporabe in industrijske nadgradnje pšenice okolju prijazni materiali.
1. Uvod
Okoljska problematika je v današnjem času postala eden ključnih dejavnikov, ki omejuje razvoj človeške družbe. Tradicionalni materiali, kot so plastika in kemična vlakna, so povzročili vrsto resnih težav, kot so pomanjkanje virov, visoka poraba energije in belo onesnaženje med proizvodnjo, uporabo in obdelavo odpadkov. Glede na to je nujno najti obnovljive, razgradljive in okolju prijazne alternativne materiale. Ugotovljeno je bilo, da imajo stranski proizvodi pšenice v procesu predelave, kot so pšenična slama in pšenični otrobi, kot pomembna živilska rastlina, ki se pogosto goji po svetu, ogromen materialni razvojni potencial. Pšenični okolju prijazni materiali, preoblikovani z inovativnimi tehnologijami, se postopoma pojavljajo in pričakuje se, da bodo preoblikovali številne industrijske vzorce.
2. Pregledpšenični okolju prijazni materiali
Viri in sestavine surovin
Pšenični okolju prijazni materiali so v glavnem pridobljeni izpšenična slamain otrobi. Pšenična slama je bogata s celulozo, hemicelulozo in ligninom, ti naravni polimeri pa zagotavljajo osnovno strukturno podporo za material. Celuloza ima značilnosti visoke trdnosti in visoke kristaliničnosti, kar daje materialu žilavost; hemicelulozo je razmeroma enostavno razgraditi in lahko izboljša učinkovitost obdelave; lignin poveča togost in vodoodpornost materiala. Pšenični otrobi so bogati s prehranskimi vlakninami, beljakovinami in majhno količino maščob, mineralov itd., Ki lahko nadomestijo pomanjkanje sestavin slame in optimizirajo učinkovitost materiala, kot je izboljšanje prožnosti in površinskih lastnosti, zaradi česar so primernejši za raznoliko tehnologijo predelave .
Postopek priprave
Trenutno proces priprave pšeničnih okolju prijaznih materialov zajema fizikalne, kemične in biološke metode. Fizikalne metode, kot sta mehansko drobljenje in vroče stiskanje, ki zdrobijo slamo in jo nato oblikujejo pod visoko temperaturo in visokim pritiskom, so preproste za uporabo in poceni. Pogosto se uporabljajo za pripravo primarnih izdelkov, kot so posoda in krožniki za enkratno uporabo; kemične metode vključujejo reakcije esterifikacije in eterifikacije, ki uporabljajo kemične reagente za spreminjanje molekularne strukture surovin za izboljšanje adhezije in vodoodpornosti materialov za izpolnjevanje višjih zahtev za embalažo in tekstilne aplikacije, vendar obstaja nevarnost ostankov kemičnih reagentov; biološke metode uporabljajo mikroorganizme ali encime za razgradnjo in pretvorbo surovin. Postopek je zelen in nežen, pripraviti pa je mogoče fine materiale z visoko dodano vrednostjo. Vendar pa dolg fermentacijski cikel in visoki stroški encimskih pripravkov omejujejo uporabo v velikem obsegu in večina jih je v fazi laboratorijskih raziskav in razvoja.
3. Prednosti pšeničnih okolju prijaznih materialov
Prijaznost do okolja
Z vidika ocene življenjskega cikla so pšenični okolju prijazni materiali pokazali svoje prednosti. Njen proces rasti surovin absorbira ogljikov dioksid in sprošča kisik, kar pomaga ublažiti učinek tople grede; proizvodni proces ima nizko porabo energije, kar močno zmanjša odvisnost od fosilne energije v primerjavi s sintezo plastike na osnovi nafte; obdelava odpadkov po uporabi je enostavna in se lahko hitro biološko razgradijo v naravnem okolju, na splošno pa se v nekaj mesecih do nekaj letih razgradijo v neškodljivo vodo, ogljikov dioksid in humus, kar učinkovito rešuje okoljske probleme, kot sta onesnaževanje tal in zamašitev vode ki jih povzroča "stoletna nerjaveča" tradicionalna plastika.
Obnovljivost virov
Pšenica je kot letni pridelek razširjena in ima vsako leto velik svetovni pridelek, ki lahko nenehno in stabilno zagotavlja dovolj surovin za pripravo materiala. Za razliko od neobnovljivih virov, kot sta nafta in premog, so pšenične surovine, dokler je kmetijska proizvodnja razumno načrtovana, skoraj neizčrpne, kar zagotavlja dolgoročno dobavno verigo materialne industrije, zmanjšuje industrijska tveganja, ki jih povzroča izčrpavanje virov, in je v skladu s konceptom krožnega gospodarstva.
Edinstvena zmogljivost
Pšenični okolju prijazni materiali imajo dobre toplotno izolativne in zvočne izolacijske lastnosti, ki izhajajo iz njegove notranje strukture poroznih vlaken. Napolni ga zrak in tvori naravno pregrado, kar ima pomembne prednosti na področju gradbenih izolacijskih plošč; hkrati je material lahke teksture in nizke relativne gostote, kar zmanjša težo izdelka ter olajša transport in uporabo. Na primer, na področju vesoljske embalaže zmanjšuje stroške, hkrati pa zagotavlja zaščitno delovanje; poleg tega pa ima tudi določene antibakterijske lastnosti. Naravne sestavine v pšenični slami in pšeničnih otrobih imajo zaviralni učinek na rast nekaterih mikroorganizmov, podaljšujejo rok uporabnosti izdelka in imajo široke možnosti za pakiranje živil.
4. Področja uporabe pšeničnih okolju prijaznih materialov
Embalažna industrija
Na področju embalaže pšenični okolju prijazni materiali postopoma nadomeščajo tradicionalno plastično embalažo. Kar zadeva namizno posodo za enkratno uporabo, so krožniki, škatle za kosilo, slamice itd. iz pšenične slame podobni plastiki, vendar so nestrupeni in brez okusa ter pri segrevanju ne sproščajo škodljivih kemikalij, kar ustreza potrebam dostave hrane. Nekatera velika gostinska podjetja so jih začela poskušati promovirati; pri hitri embalaži se za polnilo podloge uporabljajo blažilni materiali, ovojnice in kartoni iz njih, ki imajo dobro blažilno zmogljivost, ščitijo blago in so hkrati razgradljivi ter zmanjšujejo kopičenje ekspresnih smeti. Platforme za e-trgovino in hitra podjetja so ga preizkusili in pričakuje se, da bo preoblikoval zeleni logistični sistem pakiranja.
Tekstilna industrija
Celulozna vlakna pridobivajo iz pšenične slame in pšeničnih otrobov ter jih s posebnim postopkom predenja predelajo v novo vrsto tekstilne tkanine. Ta vrsta tkanine je mehka in koži prijazna, zračna in bolje vpija vlago kot čisti bombaž. Je suh in udoben za nošenje ter ima svojo naravno barvo in teksturo. Ima edinstveno estetsko vrednost in se je pojavil na področju vrhunske mode in pohištva za dom. Nekatere modne znamke so lansirale omejeno serijo oblačil iz pšeničnih vlaken, ki so pritegnila pozornost trga in vlila vitalnost v razvoj trajnostne mode.
Gradbeništvo
Pšenične okolju prijazne plošče so kot gradbeni izolacijski material enostavne za namestitev, izolacijski učinek pa je primerljiv z učinkom tradicionalnih polistirenskih plošč, vendar brez nevarnosti vnetljivosti in sproščanja strupenih plinov, kar izboljša požarno varnost zgradb; hkrati se uporabljajo za notranjo dekoracijo, kot so stenske okrasne plošče in stropi, za ustvarjanje naravnega in toplega vzdušja, lahko pa tudi prilagodijo notranjo vlažnost, absorbirajo vonjave in ustvarijo zdravo bivalno okolje. Nekateri ekološki gradbeni predstavitveni projekti so jih sprejeli v velikih količinah, kar vodi v trend zelenih gradbenih materialov.
Kmetijsko polje
V kmetijski pridelavi imajo pomembno vlogo lonci za sadike in zastirka iz pšeničnih okolju prijaznih materialov. Lončki za sadike se lahko naravno pokvarijo in pri presajanju sadik ni treba odstraniti lončkov, s čimer se izognete poškodbam korenin in izboljšate stopnjo preživetja presajanja; razgradljiva zastirka pokriva kmetijska zemljišča, zadržuje vlago in zvišuje temperaturo za spodbujanje rasti pridelkov ter se po koncu rastne sezone sama razgradi, ne da bi vplivala na naslednjo pridelavo pridelka, s čimer rešuje problem tradicionalnih plastičnih ostankov zastirke, ki onesnažujejo tla in ovirajo kmetijske operacije, ter spodbuja trajnostno razvoj kmetijstva.
V. Izzivi pri razvoju pšeničnih okolju prijaznih materialov
Tehnična ozka grla
Kljub napredku v raziskavah in razvoju še vedno obstajajo tehnične težave. Prvič, optimizacija učinkovitosti materiala. Kar zadeva izboljšanje trdnosti in vodoodpornosti za izpolnjevanje zapletenih scenarijev uporabe, obstoječe tehnologije ne morejo uravnotežiti stroškov in zmogljivosti, kar omejuje širitev vrhunskih aplikacij. Drugič, proizvodni proces je nestabilen in nihanje sestavin surovin v različnih serijah vodi do neenakomerne kakovosti izdelkov, zaradi česar je težko doseči standardizirano obsežno proizvodnjo, kar vpliva na zaupanje podjetij v naložbe in promocijo na trgu.
Stroškovni dejavniki
Trenutno so stroški pšeničnih okolju prijaznih materialov višji od stroškov tradicionalnih materialov. V fazi zbiranja surovin je slama raztresena, polmer zbiranja je velik in skladiščenje je težko, kar poveča stroške prevoza in skladiščenja; v proizvodni fazi je napredna oprema odvisna od uvoza, biološki encimski pripravki in reagenti za kemično modifikacijo so dragi, in čeprav je poraba energije pri proizvodnji relativno nizka, še vedno predstavlja velik delež stroškov; v zgodnji fazi tržne promocije učinek obsega ni bil oblikovan in stroškov izdelka na enoto ni mogoče zmanjšati. Je v slabšem položaju pri tekmovanju s poceni tradicionalnimi materiali, kar potrošnike in podjetja ovira pri izbiri.
Zavedanje trga in sprejemanje
Potrošniki so že dolgo navajeni tradicionalnih materialov in izdelkov ter imajo omejeno znanje o pšeničnih okolju prijaznih materialih. Skrbi jih njihova vzdržljivost in varnost in nimajo veliko pripravljenosti za nakup; na strani podjetja so omejeni s stroškovnimi in tehničnimi tveganji in so previdni pri prehodu na nove materiale. Zlasti malim in srednje velikim podjetjem primanjkuje sredstev za raziskave in razvoj ter talentov in jih je težko pravočasno ukrepati; poleg tega nadaljnja industrijska veriga ni dobro opremljena in primanjkuje strokovnih obratov za recikliranje in obdelavo, kar vpliva na recikliranje odpadnih proizvodov in posledično zavira širitev sprednjega trga materialov.
VI. Odzivne strategije in razvojne možnosti
Sodelovanje med industrijo, univerzo in raziskavami za preboj tehnologije
Univerze, znanstvenoraziskovalne ustanove in podjetja bi morali tesno sodelovati. Univerze bi morale v celoti izkoristiti svoje prednosti v temeljnih raziskavah in raziskati nove mehanizme spreminjanja materialov in poti biotransformacije; znanstvenoraziskovalne ustanove bi se morale osredotočiti na optimizacijo procesov in skupaj s podjetji izvajati pilotno proizvodnjo, da bi odpravili težave s tehnično stabilnostjo; podjetja bi morala zagotoviti sredstva in tržne povratne informacije za pospešitev industrializacije rezultatov znanstvenih raziskav, kot je ustanavljanje skupnih centrov za raziskave in razvoj, vlada pa bi se morala povezovati in zagotoviti politično podporo za spodbujanje tehnološke ponovitve in nadgradnje.
Podpora politike zmanjša stroške
Vlada je uvedla politiko subvencioniranja za zagotavljanje subvencij za prevoz za zbiranje surovin za zmanjšanje logističnih stroškov; proizvodna stran zagotavlja davčne oprostitve za nakupe opreme ter nove tehnološke raziskave in razvoj, da spodbudi podjetja k posodobitvi tehnologije; Podjetja na nižji stopnji, ki uporabljajo pšenične okolju prijazne materiale, kot so embalažna in gradbena podjetja, prejmejo subvencije za zeleno nabavo, da spodbudijo povpraševanje na trgu in s podporo celotne industrijske verige pomagajo zmanjšati stroške in zmanjšati cenovno vrzel s tradicionalnimi materiali.
Okrepite obveščanje javnosti in povečajte ozaveščenost
Uporabite medije, razstave in poljudnoznanstvene dejavnosti za objavo prednosti in primerov uporabe pšeničnih okolju prijaznih materialov prek več kanalov, prikaz varnosti izdelkov in certifikatov trajnosti ter odpravite skrbi potrošnikov; zagotavljajo tehnično usposabljanje in smernice za preoblikovanje podjetij, delijo izkušnje z uspešnimi primeri in spodbujajo navdušenje podjetij; vzpostaviti industrijske standarde in sisteme za identifikacijo izdelkov, standardizirati trg, potrošnikom in podjetjem olajšati prepoznavanje in zaupanje, ustvariti dobro industrijsko ekologijo ter izkoristiti tržne priložnosti zelene potrošnje in trajnostnega razvoja.
VII. Obeti za prihodnost
Z nenehnimi tehnološkimi inovacijami, nenehnim izboljševanjem politik in izboljšano ozaveščenostjo trga se pričakuje, da bodo pšenični okolju prijazni materiali sprožili eksploziven razvoj. V prihodnosti se bodo rodili visoko zmogljivi kompozitni pšenični materiali, ki bodo vključevali prednosti različnih naravnih ali sintetičnih materialov in se razširili na visokotehnološka področja, kot so avtomobili in elektronika; pojavili se bodo inteligentni zaznavni pšenični materiali, spremljanje okolja in svežine hrane v realnem času, krepitev pametne embalaže in pametnih domov; oblikovani bodo industrijski grozdi in celotna veriga od sajenja surovin, predelave materiala do recikliranja izdelkov se bo razvijala usklajeno, pri čemer bo uresničena učinkovita uporaba virov in maksimiranje industrijskih koristi ter postala osrednja sila svetovne industrije zelenih materialov in postavljena trden materialni temelj za trajnostno blaginjo človeške družbe.
VIII. Zaključek
Pšenični okolju prijazni materiali s svojimi izjemnimi okoljskimi prednostmi, prednostmi glede virov in učinkovitosti so pokazali široke možnosti na številnih področjih. Čeprav se trenutno soočajo s številnimi izzivi, kot so tehnologija, stroški in trg, se pričakuje, da bodo težave prebili s skupnimi prizadevanji vseh strani. Izkoriščanje priložnosti za močan razvoj ne bo le rešilo okoljske krize, ki jo povzročajo tradicionalni materiali, temveč bo tudi rodilo nastajajoče zelene industrije, doseglo zmagovalno situacijo gospodarske rasti in varstva okolja ter odprlo novo obdobje na področju materialov in ustvariti boljši ekološki dom za prihodnje generacije.