Seoses ülemaailmse keskkonnakaitsealase teadlikkuse pideva paranemisega ja üha tungivama nõudlusega säästva arengu järele seisavad traditsioonilised materjalid silmitsi paljude väljakutsetega ning nisust keskkonnasõbralikud materjalid on esile kerkinud biopõhise materjalina. See artikkel käsitleb nisu keskkonnasõbralike materjalide omadusi, uurimis- ja arendustegevust ning tootmise staatust, analüüsib põhjalikult selle kasutusvõimalusi pakendi-, tekstiili-, ehitus-, põllumajandus- ja muudes valdkondades ning uurib võimalusi ja väljakutseid, millega tuleb silmitsi seista, vaadates edasisi arengusuundi. , mille eesmärk on pakkuda asjakohastele tööstuse praktikutele, teadlastele ja poliitikakujundajatele kõikehõlmavat teavet ning aidata edendada nisu keskkonnasõbralikku laialdast kasutamist ja tööstuslikku uuendamist. materjalid.
1. Sissejuhatus
Tänasel ajastul on keskkonnaprobleemid muutunud üheks võtmeteguriks, mis piirab inimühiskonna arengut. Traditsioonilised materjalid, nagu plast ja keemilised kiud, on põhjustanud mitmeid tõsiseid probleeme, nagu ressursipuudus, suur energiatarbimine ja valge reostus tootmise, kasutamise ja jäätmekäitluse käigus. Selle taustal on hädavajalik leida taastuvad, lagunevad ja keskkonnasõbralikud alternatiivsed materjalid. Olulise, maailmas laialdaselt kasvatatava toidukultuurina on leitud, et nisu töötlemisprotsessis saadavatel kõrvalsaadustel, nagu nisuõled ja nisukliid, on tohutu materjaliarenduse potentsiaal. Järk-järgult on esile kerkimas uuenduslike tehnoloogiate abil muudetud nisu keskkonnasõbralikud materjalid, mis eeldatavasti kujundavad ümber mitmeid tööstuslikke mustreid.
2. Ülevaadenisust keskkonnasõbralikud materjalid
Tooraine allikad ja koostisosad
Põhiliselt saadakse nisust keskkonnasõbralikke materjalenisu õledja kliid. Nisuõled on rikkad tselluloosi, hemitselluloosi ja ligniini poolest ning need looduslikud polümeerid pakuvad materjalile põhilist struktuurilist tuge. Tselluloosil on kõrge tugevuse ja kõrge kristallilisuse omadused, mis annab materjalile sitkuse; hemitselluloos on suhteliselt kergesti lagunev ja võib parandada töötlemist; ligniin suurendab materjali jäikust ja veekindlust. Nisukliid sisaldavad rohkelt kiudaineid, valku ja vähesel määral rasva, mineraalaineid jne, mis võivad täiendada põhukomponentide puudust ja optimeerida materjali jõudlust, näiteks parandada painduvust ja pinnaomadusi, muutes selle sobivamaks mitmekesise töötlemistehnoloogia jaoks. .
Ettevalmistusprotsess
Praegu hõlmab nisu keskkonnasõbralike materjalide valmistamise protsess füüsikalisi, keemilisi ja bioloogilisi meetodeid. Füüsikalisi meetodeid, nagu mehaaniline purustamine ja kuumpressimine, millega põhk purustatakse ja seejärel kõrgel temperatuuril ja kõrgel rõhul vormitakse, on lihtne kasutada ja need on madalad. Neid kasutatakse sageli esmaste toodete (nt ühekordsed lauanõud ja taldrikud) valmistamiseks; keemiliste meetodite hulka kuuluvad esterdamis- ja eeterdamisreaktsioonid, mille käigus kasutatakse keemilisi reaktiive tooraine molekulaarstruktuuri muutmiseks, et parandada materjalide nakkuvust ja veekindlust, et täita kõrgemaid nõudeid pakendamise ja tekstiilirakenduste jaoks, kuid on olemas keemiliste reaktiivide jääkide oht; bioloogilistes meetodites kasutatakse tooraine lagundamiseks ja muundamiseks mikroorganisme või ensüüme. Protsess on roheline ja õrn ning sellest saab valmistada kõrge lisandväärtusega peeneid materjale. Ensüümipreparaatide pikk fermentatsioonitsükkel ja kõrge hind piiravad aga suuremahulisi rakendusi ning enamik neist on laboriuuringute ja arendustegevuse staadiumis.
3. Nisu keskkonnasõbralike materjalide eelised
Keskkonnasõbralikkus
Olelusringi hindamise seisukohalt on nisu keskkonnasõbralikud materjalid näidanud oma eeliseid. Selle tooraine kasvuprotsess neelab süsihappegaasi ja vabastab hapnikku, mis aitab leevendada kasvuhooneefekti; tootmisprotsess on madala energiakuluga, mis vähendab oluliselt sõltuvust fossiilenergiast võrreldes naftapõhise plastisünteesiga; jäätmete töötlemine pärast kasutamist on lihtne ja see võib looduskeskkonnas kiiresti biolaguneda, lagunedes tavaliselt mõne kuu kuni mõne aasta jooksul kahjutuks veeks, süsihappegaasiks ja huumuseks, lahendades tõhusalt keskkonnaprobleemid, nagu pinnasereostus ja vee ummistus. põhjustatud traditsiooniliste plastide "sada aastat kestnud korrosioonikindlusest".
Ressursi taastuvus
Üheaastase põllukultuurina külvatakse nisu laialdaselt ja sellel on igal aastal tohutu ülemaailmne toodang, mis suudab pidevalt ja stabiilselt pakkuda materjali ettevalmistamiseks piisavalt toorainet. Erinevalt taastumatutest ressurssidest nagu nafta ja kivisüsi, on nisu tooraine seni, kuni põllumajandustootmine on mõistlikult planeeritud, peaaegu ammendamatu, mis tagab materjalitööstuse pikaajalise tarneahela, vähendab ressursside ammendumisest tulenevaid tööstusriske ning vastab ringmajanduse kontseptsioonile.
Ainulaadne jõudlus
Nisu keskkonnasõbralikel materjalidel on head soojus- ja heliisolatsiooni omadused, mis tulenevad selle sisemisest poorsest kiustruktuurist. Õhk täidab selle, moodustades loodusliku barjääri, millel on hoonete soojustusplaatide vallas olulised eelised; samas on materjal kerge tekstuuriga ja madala suhtelise tihedusega, mis vähendab toote kaalu ning hõlbustab transportimist ja kasutamist. Näiteks kosmosepakendite valdkonnas vähendab see kulusid, tagades samal ajal kaitsevõime; lisaks on sellel ka teatud antibakteriaalsed omadused. Nisuõlgede ja nisukliide looduslikud koostisosad pärsivad mõnede mikroorganismide kasvu, pikendavad toote säilivusaega ning neil on laialdased väljavaated toiduainete pakendamise rakendustes.
4. Nisust keskkonnasõbralike materjalide kasutusvaldkonnad
Pakenditööstus
Pakendite valdkonnas on traditsioonilisi plastpakendeid järk-järgult asendamas nisust keskkonnasõbralikud materjalid. Ühekordsete lauanõude poolest on nisukõrtest valmistatud taldrikud, lõunakarbid, kõrred jms välimuselt sarnased plastikuga, kuid on mittetoksilised ja maitsetud ning ei eralda kuumutamisel kahjulikke kemikaale, rahuldades toidu kohaletoimetamise vajadusi. Mõned suured keti toitlustusettevõtted on hakanud neid proovima ja reklaamima; kiirpakendites kasutatakse voodri täitmiseks pehmendusmaterjale, ümbrikke ja sellest valmistatud pappe, millel on hea pehmendusvõime, mis kaitseb kaupa ja on samal ajal lagunev, vähendades kiirprügi kogunemist. E-kaubanduse platvormid ja ekspressettevõtted on seda katsetanud ning loodetavasti kujundab see ümber rohelise logistika pakendisüsteemi.
Tekstiilitööstus
Tselluloosikiud ekstraheeritakse nisuõlgedest ja nisukliidest ning töödeldakse spetsiaalse ketrusprotsessi abil uut tüüpi tekstiilkangaks. Seda tüüpi kangas on pehme ja nahasõbralik, hingav ja paremini niiskust imav kui puhas puuvill. See on kuiv ja mugav kanda ning sellel on loomulik värv ja tekstuur. Sellel on ainulaadne esteetiline väärtus ning see on esile kerkinud tippmoe ja kodusisustuse valdkonnas. Mõned moebrändid on turule toonud piiratud koguses nisukiust rõivaid, mis on äratanud turu tähelepanu ja süstinud elujõudu säästva moe arengusse.
Ehitustööstus
Hoone soojustusmaterjalina on nisust keskkonnasõbralikke paneele lihtne paigaldada ning isolatsiooniefekt on võrreldav traditsiooniliste polüstüreenpaneelide omaga, kuid ilma viimaste süttivuse ja mürgiste gaaside eraldumise ohtudeta, parandades hoonete tuleohutust; samas kasutatakse neid siseviimistluses, näiteks seina dekoratiivpaneelides ja lagedes, et luua loomulik ja soe õhkkond, samuti saab neid reguleerida siseruumides niiskust, absorbeerida lõhnu ja luua tervislikku elukeskkonda. Mõned ökoloogiliste hoonete näidisprojektid on neid kasutusele võtnud suurtes kogustes, juhtides roheliste ehitusmaterjalide suundumust.
Põllumajandusvaldkond
Põllumajandustootmises mängivad olulist rolli nisust keskkonnasõbralikest materjalidest valmistatud istikupotid ja multš. Istikupotid võivad looduslikult laguneda ja seemikute ümberistutamisel pole vaja potte eemaldada, vältides juurekahjustusi ja parandades siirdamise ellujäämisprotsenti; lagunev multš katab põllumaad, säilitab niiskuse ja tõstab temperatuuri, et soodustada põllukultuuride kasvu, ning laguneb ise pärast kasvuperioodi lõppu, mõjutamata järgmise põllukultuuri kultiveerimist, lahendades traditsiooniliste plastmultšijääkide probleemi, mis saastavad mulda ja takistavad põllumajandustegevust ning edendavad jätkusuutlikku tegevust. põllumajanduse areng.
V. Nisust keskkonnasõbralike materjalide väljatöötamise väljakutsed
Tehnilised kitsaskohad
Vaatamata edusammudele teadus- ja arendustegevuses on endiselt tehnilisi raskusi. Esiteks materjali jõudluse optimeerimine. Tugevuse ja veekindluse parandamise osas, et vastata keerukatele kasutusstsenaariumidele, ei suuda olemasolevad tehnoloogiad kulusid ja jõudlust tasakaalustada, mis piirab tipptasemel rakenduste laienemist. Teiseks on tootmisprotsess ebastabiilne ning tooraine koostisosade kõikumine erinevates partiides toob kaasa ebaühtlase tootekvaliteedi, mis muudab standardiseeritud suuremahulise tootmise saavutamise keeruliseks, mõjutades ettevõtete investeeringute usaldust ja turu edendamist.
Kulutegurid
Praegu on nisu keskkonnasõbralike materjalide maksumus kõrgem kui traditsiooniliste materjalide oma. Tooraine kogumise etapis on põhk laiali, kogumisraadius on suur ja ladustamine on keeruline, mis suurendab transpordi- ja laokulusid; tootmisetapis sõltuvad täiustatud seadmed impordist, bioloogilised ensüümpreparaadid ja keemilised modifikatsioonireaktiivid on kallid ning kuigi tootmise energiatarve on suhteliselt väike, moodustab see siiski suure osa kuludest; turu edendamise varases staadiumis ei ole mastaabiefekti tekkinud ja toote ühiku maksumust ei saa vähendada. Ta on madala hinnaga traditsiooniliste materjalidega konkureerimisel ebasoodsas olukorras, mis takistab tarbijatel ja ettevõtetel valikut teha.
Turu teadlikkus ja aktsepteerimine
Tarbijad on traditsiooniliste materjalide ja toodetega juba ammu harjunud ning neil on piiratud teadmised nisust keskkonnasõbralikest materjalidest. Nad on mures oma vastupidavuse ja ohutuse pärast ning neil on vähe ostuvalmidust; ettevõtte poolel piiravad neid kulud ja tehnilised riskid ning nad on uutele materjalidele ülemineku suhtes ettevaatlikud. Eelkõige puuduvad väikestel ja keskmise suurusega ettevõtetel teadus- ja arendustegevuse rahalised vahendid ja anded ning neid on raske õigeaegselt jälgida; Lisaks ei ole alljärgnev tööstuskett hästi varustatud ning puuduvad professionaalsed ringlussevõtu- ja töötlemisrajatised, mis mõjutab jäätmete ringlussevõttu ja omakorda pärsib materjalide esiotsa turu laienemist.
VI. Reageerimisstrateegiad ja arenguvõimalused
Tööstuse, ülikooli ja teaduse koostöö tehnoloogiast läbimurdmiseks
Ülikoolid, teaduslikud uurimisasutused ja ettevõtted peaksid tegema tihedat koostööd. Ülikoolid peaksid täielikult kasutama oma eeliseid alusuuringutes ning uurima uusi materjali muutmise mehhanisme ja biotransformatsiooni teid; teaduslikud uurimisasutused peaksid keskenduma protsesside optimeerimisele ja viima koos ettevõtetega läbi katsetootmist, et ületada tehnilise stabiilsuse probleemid; ettevõtted peaksid pakkuma rahalisi vahendeid ja turu tagasisidet, et kiirendada teadusuuringute tulemuste industrialiseerimist, näiteks ühiste uurimis- ja arenduskeskuste loomist, ning valitsus peaks sobima ja pakkuma poliitilist tuge, et edendada tehnoloogilist iteratsiooni ja ajakohastamist.
Poliitikatoetus vähendab kulusid
Valitsus on kehtestanud toetuspoliitika, et pakkuda transporditoetusi tooraine kogumiseks, et vähendada logistikakulusid; tootmise pool pakub maksuvabastusi seadmete ostmisele ning uue tehnoloogia uurimis- ja arendustegevusele, et julgustada ettevõtteid tehnoloogiat uuendama; nisust keskkonnasõbralikke materjale kasutavatele tootmisahela järgmise etapi ettevõtetele, nagu pakendi- ja ehitusettevõtted, antakse turunõudluse ergutamiseks roheliste hangete toetusi ning kogu tööstusahela toel aidata vähendada kulusid ja vähendada hinnavahet traditsiooniliste materjalidega.
Tugevdada reklaami ja suurendada teadlikkust
Kasutage meediat, näitusi ja populaarteaduslikke tegevusi, et avalikustada nisu keskkonnasõbralike materjalide eeliseid ja kasutusjuhtumeid mitme kanali kaudu, kuvada tooteohutuse ja vastupidavuse sertifikaate ning kõrvaldada tarbijate mured; pakkuda ettevõtetele tehnilist koolitust ja ümberkujundamise juhiseid, jagada edukate juhtumite kogemusi ja stimuleerida ettevõtte entusiasmi; kehtestada tööstusstandardid ja toodete identifitseerimissüsteemid, standardiseerida turgu, muuta tarbijate ja ettevõtete jaoks lihtne tuvastada ja usaldada, luua hea tööstusökoloogia ning kasutada ära rohelise tarbimise ja säästva arengu turuvõimalusi.
VII. Tuleviku väljavaade
Pideva tehnoloogilise innovatsiooni, poliitika pideva täiustamise ja turuteadlikkuse paranemisega eeldatakse, et nisu keskkonnasõbralikud materjalid käivitavad plahvatusliku arengu. Tulevikus sünnivad suure jõudlusega nisukomposiitmaterjalid, mis integreerivad erinevate looduslike või sünteetiliste materjalide eeliseid ning laienevad kõrgtehnoloogilistele valdkondadele nagu autod ja elektroonika; ilmuvad intelligentsed tajutavad nisumaterjalid, reaalajas keskkonna ja toidu värskuse jälgimine, nutika pakendi ja targa kodu volitamine; moodustuvad tööstusklastrid ning kogu ahel alates tooraine istutamisest, materjalide töötlemisest kuni toodete ringlussevõtuni areneb koordineeritult, realiseerides ressursside tõhusat kasutamist ja maksimeerides tööstuslikku kasu, muutudes ülemaailmse roheliste materjalide tööstuse põhijõuks ja luues tugeva materiaalse aluse inimühiskonna jätkusuutlikule õitsengule.
VIII. Järeldus
Nisu keskkonnasõbralikud materjalid, millel on silmapaistvad keskkonna-, ressursi- ja toimivuseelised, on näidanud paljudes valdkondades laialdasi väljavaateid. Kuigi nad seisavad praegu silmitsi paljude väljakutsetega, nagu tehnoloogia, kulud ja turg, peaksid nad kõigi osapoolte kooskõlastatud jõupingutuste abil raskustest läbi murdma. Jõulise arenemise võimaluse ärakasutamine ei lahenda mitte ainult traditsiooniliste materjalide põhjustatud keskkonnakriisi, vaid sünnitab ka tärkavaid rohelisi tööstusi, saavutab majanduskasvu ja keskkonnakaitse olukorra, millest võidavad kõik, avab uue ajastu materjalidest ja luua tulevastele põlvedele parem ökoloogiline kodu.