Với sự cải thiện liên tục về nhận thức toàn cầu về bảo vệ môi trường và nhu cầu ngày càng cấp bách về phát triển bền vững, các vật liệu truyền thống phải đối mặt với nhiều thách thức và các vật liệu thân thiện với môi trường đã xuất hiện như một vật liệu dựa trên sinh học mới nổi. Bài viết này xây dựng về các đặc điểm, nghiên cứu và phát triển và sản xuất của các vật liệu thân thiện với môi trường, phân tích sâu các triển vọng ứng dụng của nó trong bao bì, dệt may, xây dựng, nông nghiệp và các lĩnh vực khác, và khám phá các cơ hội và thách thức trong tương lai Vật liệu thân thiện.
1. Giới thiệu
Trong thời đại ngày nay, các vấn đề môi trường đã trở thành một trong những yếu tố chính hạn chế sự phát triển của xã hội loài người. Các vật liệu truyền thống như nhựa và sợi hóa học đã gây ra một loạt các vấn đề nghiêm trọng như thiếu hụt tài nguyên, tiêu thụ năng lượng cao và ô nhiễm trắng trong quá trình sản xuất, sử dụng và xử lý chất thải. Trong bối cảnh đó, thật khẩn cấp khi tìm thấy các vật liệu thay thế tái tạo, có thể phân hủy và thân thiện với môi trường. Là một cây trồng thực phẩm quan trọng được trồng rộng rãi trên thế giới, các sản phẩm phụ của lúa mì trong quá trình chế biến, như rơm lúa mì và cám lúa mì, đã được tìm thấy có tiềm năng phát triển vật liệu khổng lồ. Các vật liệu thân thiện với môi trường được chuyển đổi bởi các công nghệ sáng tạo đang dần nổi lên và dự kiến ​​sẽ định hình lại nhiều mô hình công nghiệp.
2. Tổng quan vềVật liệu thân thiện với môi trường lúa mì
Nguồn và thành phần của nguyên liệu thô
Vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì chủ yếu có nguồn gốc từRơm lúa mìvà cám. Rơm lúa mì rất giàu cellulose, hemicellulose và lignin, và các polyme tự nhiên này cung cấp hỗ trợ cấu trúc cơ bản cho vật liệu. Cellulose có các đặc điểm của cường độ cao và độ tinh thể cao, mang lại độ dẻo dai vật chất; Hemicellulose tương đối dễ dàng để suy giảm và có thể cải thiện hiệu suất xử lý; Lignin tăng cường độ cứng và khả năng chống nước của vật liệu. Lâu lúa mì rất giàu chất xơ, protein và một lượng nhỏ chất béo, khoáng chất, v.v., có thể bổ sung cho sự thiếu hụt của các thành phần rơm và tối ưu hóa hiệu suất vật liệu, như cải thiện tính linh hoạt và tính chất bề mặt, làm cho nó phù hợp hơn cho công nghệ xử lý đa dạng.
Quá trình chuẩn bị
Hiện tại, quá trình chuẩn bị các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì bao gồm các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học. Các phương pháp vật lý như nghiền cơ học và đúc ép nóng, nghiền nát ống hút và sau đó định hình nó dưới nhiệt độ cao và áp suất cao, rất đơn giản để vận hành và chi phí thấp. Chúng thường được sử dụng để chuẩn bị các sản phẩm chính như bộ đồ ăn và tấm dùng một lần; Các phương pháp hóa học bao gồm các phản ứng ester hóa và etherization, sử dụng thuốc thử hóa học để sửa đổi cấu trúc phân tử của nguyên liệu thô để cải thiện độ bám dính và khả năng chống nước của vật liệu để đáp ứng các yêu cầu cao hơn đối với các ứng dụng đóng gói và dệt may, nhưng có nguy cơ dư lượng thuốc thử hóa học; Phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật hoặc enzyme để làm suy giảm và biến đổi nguyên liệu thô. Quá trình này là màu xanh lá cây và nhẹ nhàng, và các vật liệu tốt có giá trị cao có thể được chuẩn bị. Tuy nhiên, chu kỳ lên men dài và chi phí cao của các chế phẩm enzyme hạn chế các ứng dụng quy mô lớn, và hầu hết trong số đó đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển trong phòng thí nghiệm.
3. Ưu điểm của nguyên liệu thân thiện với môi trường lúa mì
Sự thân thiện với môi trường
Từ quan điểm đánh giá vòng đời, các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì đã cho thấy những lợi thế của họ. Quá trình tăng trưởng nguyên liệu của nó hấp thụ carbon dioxide và giải phóng oxy, giúp giảm bớt hiệu ứng nhà kính; Quá trình sản xuất có mức tiêu thụ năng lượng thấp, làm giảm đáng kể sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch so với tổng hợp nhựa dựa trên dầu mỏ; Việc xử lý chất thải sau khi sử dụng rất đơn giản, và nó có thể được phân hủy sinh học một cách nhanh chóng trong môi trường tự nhiên, thường phân hủy thành nước vô hại, carbon dioxide và mùn trong vài tháng đến vài năm, giải quyết hiệu quả các vấn đề môi trường như ô nhiễm đất và tắc nghẽn nước do không ăn mòn hàng trăm năm.
Khả năng tái tạo tài nguyên
Là một loại cây trồng hàng năm, lúa mì được trồng rộng rãi và có sản lượng toàn cầu khổng lồ mỗi năm, có thể liên tục và ổn định cung cấp đủ nguyên liệu thô để chuẩn bị vật liệu. Không giống như các tài nguyên không tái tạo như dầu và than, miễn là sản xuất nông nghiệp được lên kế hoạch hợp lý, nguyên liệu thô gần như không thể thiếu, đảm bảo chuỗi cung ứng lâu dài của ngành công nghiệp vật liệu, làm giảm rủi ro công nghiệp do suy giảm tài nguyên và tuân thủ khái niệm kinh tế tuần hoàn.
Hiệu suất độc đáo
Vật liệu thân thiện với môi trường có nhiệt độ cách nhiệt và cách nhiệt âm thanh tốt, có nguồn gốc từ cấu trúc sợi xốp bên trong của nó. Không khí lấp đầy nó để tạo thành một rào cản tự nhiên, có những lợi thế đáng kể trong lĩnh vực xây dựng các bảng cách điện; Đồng thời, vật liệu có kết cấu ánh sáng và có mật độ tương đối thấp, làm giảm trọng lượng của sản phẩm và tạo điều kiện cho việc vận chuyển và sử dụng. Ví dụ, trong lĩnh vực đóng gói hàng không vũ trụ, nó giảm chi phí trong khi đảm bảo hiệu suất bảo vệ; Ngoài ra, nó cũng có một số đặc tính kháng khuẩn. Các thành phần tự nhiên trong rơm lúa mì và cám lúa mì có tác dụng ức chế đối với sự phát triển của một số vi sinh vật, kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm và có triển vọng rộng rãi trong các ứng dụng đóng gói thực phẩm.
4.
Ngành công nghiệp đóng gói
Trong lĩnh vực bao bì, các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì đang dần thay thế bao bì nhựa truyền thống. Xét về đồ ăn dùng một lần, đĩa, hộp ăn trưa, ống hút, vv Làm bằng rơm lúa mì có ngoại hình tương tự như nhựa, nhưng không độc hại và vô vị, và không giải phóng các hóa chất có hại khi được làm nóng, đáp ứng nhu cầu cung cấp thực phẩm. Một số công ty phục vụ chuỗi lớn đã bắt đầu cố gắng và quảng bá chúng; Trong bao bì rõ ràng, các vật liệu đệm, phong bì và thùng được làm từ nó được sử dụng để lấp đầy lớp lót, có hiệu suất đệm tốt, bảo vệ hàng hóa và có thể phân hủy cùng một lúc, làm giảm sự tích lũy rác. Các nền tảng thương mại điện tử và các công ty Express đã thí điểm nó, và dự kiến ​​sẽ định hình lại hệ thống bao bì hậu cần xanh.
Ngành dệt may
Sợi cellulose được chiết xuất từ ​​rơm lúa mì và cám lúa mì, và được chế biến thành một loại vải dệt mới thông qua một quá trình quay đặc biệt. Loại vải này mềm mại và thân thiện với da, thoáng khí và có độ hấp thụ độ ẩm tốt hơn so với bông nguyên chất. Nó khô và thoải mái khi mặc, và có màu sắc và kết cấu tự nhiên riêng. Nó có giá trị thẩm mỹ độc đáo và đã xuất hiện trong các lĩnh vực của đồ đạc thời trang cao cấp và nội thất gia đình. Một số thương hiệu thời trang đã ra mắt quần áo sợi lúa mì phiên bản giới hạn, đã thu hút sự chú ý của thị trường và đưa sức sống vào sự phát triển của thời trang bền vững.
Công nghiệp xây dựng
Là một vật liệu cách nhiệt của tòa nhà, các tấm thân thiện với môi trường rất dễ cài đặt, và hiệu ứng cách nhiệt tương đương với các tấm polystyrene truyền thống, nhưng không có nguy cơ giải phóng khí độc hại và sau này, cải thiện sự an toàn của các tòa nhà; Đồng thời, chúng được sử dụng để trang trí nội thất, chẳng hạn như các tấm trang trí tường và trần nhà, để tạo ra một bầu không khí tự nhiên và ấm áp, và cũng có thể điều chỉnh độ ẩm trong nhà, hấp thụ mùi và tạo ra một môi trường sống lành mạnh. Một số dự án trình diễn xây dựng sinh thái đã áp dụng chúng với số lượng lớn, dẫn đầu xu hướng vật liệu xây dựng xanh.
Lĩnh vực nông nghiệp
Trong sản xuất nông nghiệp, chậu cây và mulch làm từ vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì đóng một vai trò quan trọng. Bồi cây có thể bị suy giảm một cách tự nhiên, và không cần phải loại bỏ các chậu khi cấy cây con, tránh thiệt hại rễ và cải thiện tỷ lệ sống sót của cấy ghép; Mulch có thể phân hủy bao gồm đất nông nghiệp, giữ lại độ ẩm và tăng nhiệt độ để thúc đẩy sự tăng trưởng của cây trồng và tự phân hủy sau khi mùa sinh trưởng kết thúc, mà không ảnh hưởng đến việc trồng trọt tiếp theo, giải quyết vấn đề dư lượng nhựa truyền thống làm ô nhiễm đất và cản trở các hoạt động nông nghiệp và thúc đẩy phát triển nông nghiệp bền vững.
V. Những thách thức phải đối mặt bởi sự phát triển của các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì
Kỹ thuật tắc nghẽn
Mặc dù tiến bộ trong nghiên cứu và phát triển, những khó khăn kỹ thuật vẫn tồn tại. Đầu tiên, tối ưu hóa hiệu suất vật liệu. Về mặt cải thiện sức mạnh và khả năng chống nước để đáp ứng các kịch bản sử dụng phức tạp, các công nghệ hiện tại không thể cân bằng lại chi phí và hiệu suất, điều này hạn chế việc mở rộng các ứng dụng cao cấp. Thứ hai, quá trình sản xuất không ổn định và sự biến động của các thành phần nguyên liệu thô ở các lô khác nhau dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều, gây khó khăn cho việc đạt được sản xuất quy mô lớn được tiêu chuẩn hóa, ảnh hưởng đến niềm tin đầu tư của công ty và quảng bá thị trường.
Các yếu tố chi phí
Hiện tại, chi phí của các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì cao hơn so với các vật liệu truyền thống. Trong giai đoạn thu thập nguyên liệu thô, rơm bị phân tán, bán kính bộ sưu tập lớn và lưu trữ rất khó khăn, làm tăng chi phí vận chuyển và kho lưu trữ; Trong giai đoạn sản xuất, thiết bị tiên tiến phụ thuộc vào nhập khẩu, chuẩn bị enzyme sinh học và thuốc thử điều chỉnh hóa học rất tốn kém, và mặc dù mức tiêu thụ năng lượng sản xuất tương đối thấp, nhưng nó vẫn chiếm một tỷ lệ lớn chi phí; Trong giai đoạn đầu thúc đẩy thị trường, hiệu ứng quy mô chưa được hình thành và chi phí sản phẩm đơn vị không thể giảm. Đó là một bất lợi trong việc cạnh tranh với các vật liệu truyền thống giá rẻ, khiến người tiêu dùng và doanh nghiệp lựa chọn.
Nhận thức và chấp nhận thị trường
Người tiêu dùng từ lâu đã quen với các vật liệu và sản phẩm truyền thống, và có kiến ​​thức hạn chế về nguyên liệu thân thiện với môi trường. Họ lo lắng về độ bền và sự an toàn của họ, và ít sẵn sàng mua; Về mặt doanh nghiệp, họ bị giới hạn bởi các rủi ro chi phí và kỹ thuật và thận trọng về việc chuyển đổi sang các vật liệu mới. Cụ thể, các doanh nghiệp vừa và nhỏ thiếu quỹ và tài năng R & D, và rất khó để theo dõi kịp thời; Ngoài ra, chuỗi công nghiệp hạ nguồn không được trang bị tốt, và thiếu các cơ sở tái chế và xử lý chuyên nghiệp, ảnh hưởng đến việc tái chế các sản phẩm chất thải, và đến lượt nó ức chế sự mở rộng của thị trường vật liệu phía trước.
Vi. Chiến lược phản hồi và cơ hội phát triển
Hợp tác nghiên cứu công nghiệp-trường đại học để vượt qua công nghệ
Các trường đại học, tổ chức nghiên cứu khoa học và doanh nghiệp nên hợp tác chặt chẽ với nhau. Các trường đại học nên chơi đầy đủ cho lợi thế của họ trong nghiên cứu cơ bản và khám phá các cơ chế sửa đổi vật liệu mới và con đường biến đổi sinh học; Các tổ chức nghiên cứu khoa học nên tập trung vào tối ưu hóa quá trình và cùng thực hiện sản xuất thí điểm với các doanh nghiệp để khắc phục các vấn đề ổn định kỹ thuật; Các doanh nghiệp nên cung cấp vốn và phản hồi thị trường để tăng tốc công nghiệp hóa kết quả nghiên cứu khoa học, như thiết lập các trung tâm R & D chung, và chính phủ nên mai mối và cung cấp hỗ trợ chính sách để thúc đẩy và nâng cấp công nghệ.
Hỗ trợ chính sách làm giảm chi phí
Chính phủ đã đưa ra các chính sách trợ cấp để cung cấp trợ cấp giao thông cho việc thu thập nguyên liệu thô để giảm chi phí hậu cần; Phía sản xuất cung cấp miễn thuế cho việc mua thiết bị và nghiên cứu và phát triển công nghệ mới để khuyến khích các doanh nghiệp cập nhật công nghệ; Các doanh nghiệp hạ nguồn sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì, như các công ty đóng gói và xây dựng, được cấp trợ cấp mua sắm xanh để kích thích nhu cầu thị trường và thông qua sự hỗ trợ của toàn bộ chuỗi công nghiệp, giúp giảm chi phí và thu hẹp khoảng cách giá với các vật liệu truyền thống.
Tăng cường công khai và nâng cao nhận thức
Sử dụng phương tiện truyền thông, triển lãm và các hoạt động khoa học phổ biến để công khai các lợi thế và các trường hợp ứng dụng của các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì thông qua nhiều kênh, hiển thị chứng nhận độ bền an toàn và độ bền của sản phẩm và loại bỏ các mối quan tâm của người tiêu dùng; Cung cấp đào tạo kỹ thuật và hướng dẫn chuyển đổi cho các doanh nghiệp, chia sẻ kinh nghiệm trường hợp thành công và kích thích sự nhiệt tình của công ty; Thiết lập các tiêu chuẩn công nghiệp và hệ thống nhận dạng sản phẩm, chuẩn hóa thị trường, giúp người tiêu dùng và doanh nghiệp dễ dàng xác định và tin tưởng, tạo ra một sinh thái công nghiệp tốt và nắm bắt tiêu dùng xanh và cơ hội thị trường phát triển bền vững.
Vii. Triển vọng trong tương lai
Với sự đổi mới công nghệ liên tục, cải tiến liên tục các chính sách và cải thiện nhận thức thị trường, các vật liệu thân thiện với môi trường lúa mì dự kiến ​​sẽ mở ra phát triển bùng nổ. Trong tương lai, các vật liệu lúa mì tổng hợp hiệu suất cao sẽ được sinh ra, tích hợp các lợi thế của các vật liệu tự nhiên hoặc tổng hợp khác nhau, và mở rộng sang các lĩnh vực công nghệ cao như ô tô và thiết bị điện tử; Các vật liệu lúa mì có thể nhận biết thông minh sẽ xuất hiện, giám sát thời gian thực về môi trường và thực phẩm tươi, trao quyền cho bao bì thông minh và nhà thông minh; Các cụm công nghiệp sẽ được hình thành, và toàn bộ chuỗi từ trồng nguyên liệu, xử lý vật liệu đến tái chế sản phẩm sẽ phát triển theo cách phối hợp, thực hiện việc sử dụng tài nguyên hiệu quả và tối đa hóa lợi ích công nghiệp, trở thành lực lượng cốt lõi của ngành công nghiệp vật liệu xanh toàn cầu và đặt nền tảng vật chất vững chắc cho sự thịnh vượng bền vững của xã hội con người.
Viii. Phần kết luận
Các vật liệu thân thiện với môi trường, với các lợi thế về môi trường, tài nguyên và hiệu suất nổi bật của chúng, đã cho thấy triển vọng rộng lớn trong nhiều lĩnh vực. Mặc dù họ hiện đang phải đối mặt với nhiều thách thức như công nghệ, chi phí và thị trường, nhưng họ dự kiến ​​sẽ vượt qua những khó khăn thông qua những nỗ lực phối hợp của tất cả các bên. Nắm bắt cơ hội phát triển mạnh mẽ sẽ không chỉ giải quyết cuộc khủng hoảng môi trường do các vật liệu truyền thống mang lại, mà còn sẽ sinh ra các ngành công nghiệp xanh mới nổi, đạt được tình trạng tăng trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường, mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực vật liệu và tạo ra một ngôi nhà sinh thái tốt hơn cho các thế hệ tương lai.