Metodika pro hodnocení rozkladu. rozložitelných polymerních materiálů v reálných podmínkách kompostování

Metodika pro hodnocení rozkladu rozložitelných polymerních materiálů v reálných podmínkách kompostování

PODĚKOVÁNÍ Tato metodika je výsledkem řešení výzkumného záměru MSM 6215648905 „Biologické a technologické aspekty udržitelnosti řízených ekosystémů a jejich adaptace na změnu klimatu“ uděleného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. Dále bychom chtěli poděkovat technicko provozní manažerce Centrální kompostárny Brno a.s. Ing. Michaele Kuchaříkové za spolupráci a možnost realizovat pokusy.

© Mendelova univerzita v Brně, 2014 ISBN: 978-80-7509-095-9

Certifikovaná metodika

MAGDALENA DARIA VAVERKOVÁ DANA ADAMCOVÁ PETR MARADA ZDENĚK HAVLÍČEK

Metodika pro hodnocení rozkladu rozložitelných polymerních materiálů v reálných podmínkách kompostování Certifikovaná metodika

Mendelova univerzita v Brně, 2014 2014


Autorský kolektiv: Mgr. Ing. Magdalena Daria Vaverková, Ph.D. Bc. Ing. Dana Adamcová, Ph.D. Dr. Ing. Petr Marada doc. Dr. Ing. Zdeněk Havlíček

Oponenti: Ing. Vladimír Král, Ph.D. – ředitel, Odpadové hospodářství Klatovy, s.r.o., Sadová 362/4, 339 01 Klatovy Ing. Petr Zajíček, Ph.D. – vedoucí Oddělení environmentálního a technologického rozvoje Ministerstva zemědělství a zástupce ředitelky Odboru bezpečnosti potravin

První vydání Text neprošel jazykovou úpravou.

Doporoučená citace: Vaverková, M. D., Adamcová D., Marada P., Havlíček Z.: Metodika pro hodnocení rozkladu polymerních materiálů v reálných podmínkách kompostování, 1. vydání Brno: Mendelova univerzita v Brně, 2014, 25 s., ISBN: 978-80-7509-095-9.


Metodika pro hodnocení rozkladu rozložitelných polymerních materiálů v reálných podmínkách kompostování Abstrakt Rozložitelné polymery se vyskytují na trhu asi 20 let a doplňují tak obalové materiály ze syntetických polymerů. Cílem metodiky je poskytnout odborné i laické veřejnosti informace o způsobu hodnocení rozkladu rozložitelných polymerních materiálů a materiálů uváděných na trh jako rozložitelné v reálných podmínkách kompostování. Klíčová slova: odpad, reálné podmínky, kompostování, rozložitelnost, biologická rozložitelnost, rozložitelné/biologicky rozložitelné polymery

Methodology for evaluation of degradation of degradable polymer materials in real composting environment Abstract Degradable polymers have been appearing on the market for about 30 years and they are a supplement to packaging materials made of synthetic polymers. The aim of the methodology is to provide both professional and non-professional public with all information regarding the manner of evaluating the decomposition of degradable polymeric materials and materials marketed as degradable in real composting conditions. Key words: waste, real conditions, composting, degradation, biodegradation, degradable/biodegradable polymers


OBSAH I.

CÍL METODIKY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

II.

VLASTNÍ POPIS METODIKY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1 Polymery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2 Kompostování . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3 Založení pokusu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.4 Průběh pokusu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5 Ukončení pokusu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.6 Vyhodnocení pokusu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

III.

SROVNÁNÍ NOVOSTI POSTUPU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

IV.

POPIS UPLATNĚNÍ CERTIFIKOVANÉ METODIKY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

V.

EKONOMICKÉ ASPEKTY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

VI.

SEZNAM POUŽITÉ SOUVISEJÍCÍ LITERATURY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

VII. SEZNAM PUBLIKACÍ, KTERÉ PŘEDCHÁZELY METODICE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 VIII. SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 IX.

PŘÍLOHA

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21


I.

CÍL METODIKY Cílem metodiky je poskytnout odborné veřejnosti, především výrobcům, producentům, zpracovatelům odpadů

a pracovníkům státní správy a samosprávy informace o způsobu hodnocení rozkladu rozložitelných polymerních materiálů a materiálů uváděných na trh jako rozložitelné (PLA – kyselina polymléčná, HDPE – vysokohustotní polyethylen s přídavkem aditiv TDPA, PE – polyethylen s přídavkem pro-oxidantů (d2w), aj.) v reálných podmínkách kompostování. Reálné podmínky jsou v řadě faktorů odlišné oproti řízeným laboratorním podmínkám. Předností tohoto postupu (metodiky) je analýza rozkladu ve skutečném prostředí (absentuje modelování prostředí vyskytujících se v průmyslových kompostárnách). Součástí je i popis testovacího rámu, který slouží k identifikaci, zakládání, vyjímání a posuzování rozložitelnosti polymerních materiálů, které jsou předmětem hodnocení.

7


II.

VLASTNÍ POPIS METODIKY

2.1 Polymery Objev chemického procesu výroby syntetických polymerů ze surové ropy byl průlom v chemii a v materiálových vědách a otevřel cestu k výrobě jednoho z nejvšestrannějších skupin materiálů, které kdy byly vyrobeny (Sivan, 2011). Polymery jsou nejrozšířenějším a nejpoužívanějším obalovým materiálem, se kterým se v běžném životě lze setkat. Polymery mohou být organického nebo syntetického původu anebo být vytvořeny kombinací těchto materiálů s vhodným aditivem. Polymery vznikají chemickou přeměnou přírodních látek nebo synteticky ze surovin jako je např. ropa. V současné době na světě významně roste produkce a používání polymerů, především výrobků na krátkodobé použití, jako jsou např. plastové nákupní tašky, obalové materiály a další. Dynamický nárůst produkce polymerních materiálů je úzce svázán s jejich každodenním používáním a s jejich širokou škálou využití. Nárůst produkce těchto materiálů způsobuje zároveň zvyšování množství odpadů z nich vznikajících, přičemž většina syntetických polymerů je v běžných podmínkách životního prostředí nerozložitelná. To vede k vývoji a produkci polymerů, které se v životním prostředí rozkládají rychleji, popř. úplně. Polymery se v našem moderním světě staly nepostradatelným materiálem a jsou všestranně využitelné, lehké, inertní, hygienické, levné, poddajné, hydrofobní a trvanlivé, ale jejich trvanlivost může vyvolávat problémy při odstraňování odpadu z nich vzniklých. Uvedené vlastnosti usnadnily používání polymerů téměř ve všech průmyslových odvětvích, v zemědělství nebo v domácnostech (Iovino et al., 2008; Sivan, 2012). Za pouhé půlstoletí vzrostla světová produkce polymerů z 1,5 milionu tun v roce 1950 na 245 milionů tun v roce 2008, z toho 60 milionu tun bylo vyrobeno v Evropě a očekává se, že tento trend bude pokračovat. Odhaduje se, že v roce 2020 bude na trh Evropské unie uvedeno 66,5 milionů tun polymerů a celosvětová výroba polymerů by se mohla do roku 2050 ztrojnásobit (http://en.european-bioplastics.org). Vedle klasických polymerů, jako jsou PE (polyethylen), PET (polyethylentereftalát), PP (polypropylen) aj., se dnes používají také plastické hmoty s přídavkem TDPA (Totally Degradable Plastic Additives), a plasty se zkrácenou životností d2w, které, jak uvádí výrobci, jsou rozložitelné v životním prostředí. Výrobci uvádějí na trh i kompostovatelné plasty, které jsou založené na materiálech z přírodních obnovitelných zdrojů, jako například kyselina mléčná, rostlinné škroby a další. Rozložitelné polymery neboli také biopolymery tvoří asi 0,5 % polymerů vyráběných v současné době v Evropské unii, z toho asi 21 % připadá na výrobu nákupních tašek. Dalším využitím jsou plniva, výplně a balící média (www.trideniodpadu.cz). Rozložitelné polymery se vyskytují na trhu asi 20 let a doplňují tak obalové materiály ze syntetických polymerů, jako například HDPE (vysokohustotní polyethylen), který se využívá k výrobě nákupních tašek. V roce 2011 bylo na světě vyprodukováno 1 161 200 tun rozložitelných polymerů. Nejvyšší produkci rozložitelných polymerů v tomto roce vykazuje Asie s 34,6 % a na druhém místě Jižní Amerika s 32,8 %. V roce 2016 se předpokládá, že bude vyprodukováno na světe 5 778 500 tun rozložitelných polymerů. Nejvyšší produkce by měla být v Asii (46,3 %) a v Jižní Americe (45,1 %) (http://en.european-bioplastics.org).

8


Hlavní environmentální nevýhodou polymerů je, že nejsou snadno rozložitelné v životním prostředí, a proto může docházet k jejich hromadění v daném prostředí (Mohee and Unmar, 2007). Vzhledem k tomu, že polymery jsou odolné vůči mikrobiální degradaci, jsou perzistentní a přetrvávají v životním prostředí. Plastový odpad je také považován za jeden z nejvíce znepokojujících druhů odpadů a jeho ukládání na skládky je považováno za jednu z příčin zkracování životnosti skládek (Ishigaki et al., 2004). V důsledku toho byla věnována pozornost vývoji biologicky rozložitelných polymerů získaných ze zemědělských zdrojů nebo alternativně na ropné bázi plastů modifikovaných aditivy. Biologicky odbouratelné polymery se rozkládají na oxid uhličitý, metan, vodu, anorganické sloučeniny a biomasu vlivem aktivity mikroorganismů v přirozeném prostředí (Cho et al., 2010). Rozložitelné polymery jsou určeny k degradaci v životním prostředí, v komunitních nebo v průmyslových kompostárnách. Rozložitelnost polymerů závisí nejen na prostředí, ve kterém jsou umístěny, ale i na chemické povaze polymeru. Biologická rozložitelnost je enzymatickou reakcí. Je specifická s ohledem na chemickou strukturu a vazby v polymerech. Existují různé mechanismy biologické rozložitelnosti polymerů. Proces biologického rozkladu polymeru je ovlivňován mnoha faktory, které se mohou značně lišit: 1) Vlastnosti polymeru: chemické složení, typ funkčních skupin, molekulová hmotnost, vnitřní struktura, obsah aditiv, kontaminantů, atd. 2) Prostředí ve kterém proces probíhá: teplota, osvětlení, vlhkost, mechanické a chemické dopady (pH, kyslíku, přítomnosti jiných látek, atd.)(Czaja-Jagielska and Melski, 2013). Jednorázové plastové tašky jsou běžným prostředkem pro přepravu zboží. Maloobchodníci, trhy a obchody v evropských zemích nabízí tyto tašky – určené pro jednorázové použití. Mnoho obchodních řetězců zavedlo tašky označené jako rozložitelné a také vyrobené z biologicky rozložitelných polymerů s cílem snížit či zabránit spotřebitelům ve využívání běžných plastových nákupních tašek. Vzrůstá počet výrobků označených pojmy „šetrné k životnímu prostředí“, „rozložitelný“, „bio“, „zelený“, „na biologické bázi“ a „biologicky rozložitelný“ které slibují, že „prostě zmizí“ (Vaverková et al., 2012). V posledních letech se objevují na trhu certifikované jednorázové kompostovatelné tašky. Kompostovatelné polymery jsou propagovány jako environmentálně přínosné, a to zejména v případě, že jsou vyráběny z obnovitelných zdrojů a odstraněny přírodním způsobem (Vaverková et al., 2012). Biologicky rozložitelné polymery, které byly navrženy tak, aby byly snadno rozložitelné mikroorganismy v životním prostředí nebo na skládkách odpadů, získávají veřejnou podporu jako možné alternativy k plastům vyrobených z ropy (Ishigaki et al., 2004).

2.2 Kompostování Kompostování patří k nejstarším technologiím v odpadovém hospodářství, slouží ke zpracování biologicky rozložitelných odpadů a výstupem z toho procesu jsou kvalitní organická hnojiva a substráty. Kvůli poklesu obsahu organické hmoty v půdě a s tím souvisejícími negativy např. erozí (Hladík, 2009) je nezbytné v maximální míře využívat všechny vhodné

9


druhy biologicky rozložitelných odpadů a vyrábět z nich co nejkvalitnější hnojiva. Kompostovat lze biologicky rozložitelný odpad, odvodněné kaly z čistíren odpadních vod nebo jiných zařízení, např. z potravinářského či papírenského průmyslu, také biologicky rozložitelné frakce domovního odpadu. K dispozici je značné množství technologií kompostování od prostého kompostování na volné ploše až po sofistikované halové, boxové nebo reaktorové systémy. Následující obrázek (Obr.1) zobrazuje obecné schéma fází a procesů probíhajících na kompostárně.

Doprava

Rozdělení na hromady

Rozdrcení a homogenizace Kompostová zakládka Vstupní suroviny Míchání

Aktivní kompostování (aerace, monitoring) Dozrávání

Přesívání

Využití Odběr Zralý kompost

Obr. 1. Schéma fází a procesů (Adamcová, Vaverková, 2014)

Proces kompostování lze rozdělit do tří fází: V první fázi, označované jako mezofilní – rozkladná, dochází vlivem činnosti mikroorganismů ke zvýšení teploty na 20–45 °C a tím k intenzivnímu rozvoji mezofilních bakterií a plísní, za rozkladu lehce rozložitelných látek, jako jsou cukry,

10


škrob, bílkoviny, hemicelulóza a některé lipidy, na látky jednodušší, jako jsou aminokyseliny, monosacharidy, alifatické alkaloidy, organické kyseliny – octová, propionová aj., CO2 a další sloučeniny. Ve druhé fázi, označované jako termofilní – přechodná, se teplem uvolněným biologickou oxidací zvyšuje teplota na 45–70 °C, při které přežívají a rozvíjejí se pouze termofilní bakterie, tj. celulózové myxobakterie, aktinomycety a některé druhy hub, tj. rouškaté houby. V této fázi jsou odbourávány obtížněji rozložitelní organické látky, jako je celulóza a lignin a současně vznikají stabilní organické látky humusového charakteru. Přitom jsou odstraňovány rovněž patogenní mikroorganismy a dochází také k rozkladu plevelných semen, udržuje-li se teplota na požadované úrovni dostatečně dlouho. Ve třetí fázi, označované jako dozrávající, dochází vlivem autochtonní, nebo také původní mikroflóry, tvořené hlavně kokovitými bakteriemi, aktinomycetami a houbami, ke stabilizaci organických humusových látek. Kompost se již nezahřívá a kompostovaná hmota je zcela homogenní a bez zápachu (Kalina, 2004).

2.3 Založení pokusu Zkoušený materiál (zkoumané polymery) je na počátku pokusu zvážen digitálními váhami (hmotnost je poznačena pro budoucí výpočet stupně rozkladu zkoumaného materiálu) a také fotograficky zdokumentován pro budoucí porovnání případných vizuálních změn. Zvážené vzorky jsou umístěny do testovacích rámů (Obr. 2). Kromě zkoušených materiálů se jako etalon vkládá do samostatného testovacího rámu celulózový nezpevněný filtrační papír, který slouží k ověření vhodných podmínek rozkladu.

Obr. 2. Testovací rámy a umístěné vzorky (Vaverková, Adamcová, 2013)

11


Testovací rám umožňuje snadné umístění a vyjmutí vzorku z kompostové zakládky, usnadněnou identifikaci vzorku při pravidelných kontrolách, zajištění objektivního hodnocení rozpadu zkoumaného vzorku, výpočet stupně rozkladu na konci kompostovacího procesu a další vyhodnocování vzorků. Testovací rám se sestává z horního rámu, kde jeden otvor je opatřen síťovinou, a spodního rámu, jehož jeden otevřený otvor je opatřen síťovinou, přičemž oba rámy jsou k sobě přivráceny síťovinami a jsou pevně spojitelné, mezi síťovinami je vytvořen prostor pro uložení zkoumaných vzorků. Ve výhodném provedení jsou rámy obdélníkového tvaru o rozměrech

25

50

280×340×50 mm (Obr. 3).

Obr. 3. Testovací rám (Vaverková, Adamcová, 2013) Vzorky vložené v testovacím rámu se umísťují do kompostové zakládky na dobu 12 týdnů (další foto viz Příloha, Obr. 6, 7, 8, 9). Optimální místo vložení je ve středu zakládky v cca 2/3 její výšky měřeno od spodní hrany kompostové zakládky, z důvodů nejvhodnějších podmínek pro proces rozkladu. Příklad umístění vzorků do kompostové zakládky průmyslové kompostárny uvádí Obr. 4 a Obr. 5.

Obr. 4. Schématické zobrazení kompostovacího krechtu (Vaverková, Adamcová, 2013)

12


Obr. 5. Umístění vzorků do kompostové zakládky (Vaverková, Adamcová, 2013)

2.4 Průběh pokusu Vzorky se musí v pravidelných intervalech vizuálně kontrolovat a fotograficky zdokumentovat, optimálně každých 14 dní, po celou dobu průběhu pokusu. Vzorky se před pravidelnou kontrolou musí vyjmout z kompostové zakládky. Zjištěné vizuální změny se zaznamenají (možné vizuální změny: změna barvy, perforace, trhliny zkoumaného materiálu). Kromě těchto činností se denně v průběhu celého trvání pokusu sleduje vlhkost a teplota kompostové zakládky, a to pomocí digitálního tyčového teploměru a vlhkoměru. Časový harmonogram pokusu, tedy den zkoušky, datum, činnost a případné změny se zaznamenávají do tabulky (Tab.1). Tab. 1. Časový harmonogram pokusu Den zkoušky 0 14 28 32 46 60

Datum

Činnost Založení zkoušky Kontrola Kontrola Kontrola Kontrola Ukončení zkoušky

Změny

13


2.5 Ukončení pokusu Pokus je ukončen po uplynutí stanovené doby (12 týdnů). Vzorky se vyjmou z kompostové zakládky, fotograficky zdokumentují a dále vyhodnotí. Zkoumaný materiál se z testovacích rámů vyjme. Zbytky zkoumaných materiálů (polymerů) se očistí od kompostu (pokud je třeba omyjí se ponořením do vody) a zváží na digitální váze. Výsledná hmotnost se zaznamená. Výpočet stupně rozkladu pro jednotlivé zkoumané materiály se stanoví dle modifikovaného vzorce (1) uvedeného v normě ČSN EN 14806. D(%) =

M p – Mk Mp

× 100

(1)

kde: M p je počáteční hmotnost zkoušeného materiálu M k hmotnost zbytků materiálu po ukončení pokusu Stupeň rozkladu se vypočítá pro každý vzorek.

2.6 Vyhodnocení pokusu Vyhodnocení pokusu spočívá ve stanovení stupně rozkladu pro jednotlivé zkoumané polymerové materiály. Polymer lze považovat za biologicky rozložitelný v prostředí kompostové zakládky, jestliže stupeň rozkladu dosáhne 90 % a více, což v praxi znamená, že po vystavení procesu kompostování po dobu nejvýše 12 týdnů nesmí projít více než 10 % zkoumaného polymerního materiálu sítem pro frakci a >2 mm. Zkouška se považuje za platnou a prostředí rozkladu vhodné pokud celulózový nezpevněný filtrační papír jako referenční vzorek se rozloží z 90 %. U všech vzorků dochází k vizuálnímu porovnávání počátečního stavu oproti stavu konečnému. Reálné podmínky, na rozdíl od laboratorních podmínek, jsou ovlivňovány řadou faktorů, které nelze ovlivnit jako: teplota vzduchu, atmosférické srážky, aj. a některé jsou hůře ovlivnitelné, jako například, pH prostředí, vlhkost kompostové zakládky, aj. Tyto faktory mohou významně ovlivnit rychlost a průběh rozkladu. Proto je nutné při vyhodnocení pokusu přihlédnout k teplotám a vlhkosti kompostové zakládky, která je ovlivňovaná atmosférickými srážkami. Údaje o vlhkosti a teplotě kompostové zakládky jsou důležité k potvrzení správného průběhu procesu kompostování. Pro ověření výsledků je vhodné pokus zopakovat. Z hlediska aplikace a využití kompostu s degradovaným polymerním materiálem není třeba se obávat komplikace při aplikaci vzniklého kompostu do půdy.

14


III. SROVNÁNÍ NOVOSTI POSTUPU Metodický postup popisuje, jak lze sledovat a zkoumat rozklad rozložitelných polymerních materiálů v reálných podmínkách kompostování. Existuje řada postupů provádějících ověřování biologické rozložitelnosti či dezintegrace polymerů v laboratorních podmínkách dle příslušných norem. Výzkum degradace rozložitelných/biologicky rozložitelných polymerů v různých typech prostředí byl prováděn mnoha autory (Adamcová et al., 2013; Adamcová et al., 2014; Czaja-Jagielska and Melski, 2013; Kaiser, 2001;. Kale et al., 2006; Kale et al., 2007a; Kale et al., 2007b; Ohtaki and Nakasaki, 2000; Raninger et al., 2002; Vaverková et al., 2014; Vaverková et al., 2014a). Mezinárodní standardy pro kompostovatelnost v laboratorních podmínkách byly vyvinuty americkou společností pro zkoušení a materiály (ASTM), Mezinárodní organizací pro normalizaci (ISO), DIN (Deutsches Institut für Normung), JIS (Japanese Industrial Standards) a Evropský výbor pro normalizaci (ECN) pro hodnocení kompostovatelnosti biologicky rozložitelných polymerních materiálů. Všechny výše zmíněné normy a standardy umožňují pouze hodnocení materiálů v laboratorních (simulovaných) podmínkách. Při laboratorním testování není možno dosáhnout zcela reálných podmínek, které vznikají v kompostárnách. Vliv podmínek hraje významnou roli při rozkladu rozložitelných polymerních materiálů. Poměrně vysoký počet zpráv, popisujících biologickou rozložitelnost široké škály plastů, může vést k nepřesnému závěru, že většina polymery je snadno biologicky rozložená. Ve skutečnosti, pokud jde o množství produkce polymerů polyethylenu (PE) a polystyren (PS), je daleko vyšší než u ostatních jiných polymerů, které jsou považovány za biologicky rozložitelné. Navíc, ne všechny druhy rozložitelných/biologicky rozložitelných polymerů jsou zcela odbouratelné v přirozeném prostředí a vzniká otázka vymezení definice biologicky rozložitelných polymerů (Sivan, 2011). Je důležité studovat vliv těchto rozložitelných/biologicky rozložitelných polymerů na odpadové hospodářství s cílem zjištění skutečných přínosů těchto materiálů. Vzniká potřeba vytvořit odpovídající systém a legislativní předpisy pro nakládání s tímto typem odpadu. Je proto žádoucí provádět ověřování rozložitelnosti biologicky rozložitelných polymerů v reálných podmínkách kompostování. Potenciální zájemci o kompost, jako vlastníci a nájemci zemědělské půdy, vyžadují stále více objektivních důkazů o biodegradabilitě problémových příměsí kompostu, který je uvažován pro obnovu organické složky v půdě. Pro reálné podmínky sledování a následné vyhodnocení rozkladu polymerů v reálných podmínkách kompostování však nebyly dosud stanoveny postupy ani metodika dle normy.

IV. POPIS UPLATNĚNÍ CERTIFIKOVANÉ METODIKY Metodika najde uplatnění u odborné veřejnosti zabývající se problematikou odpadového hospodářství, konkrétně nakládání s odpady, obalovými materiály a biologicky rozložitelnými odpady. Především je však určena producentům biologicky rozložitelných odpadů, provozovatelům kompostáren, následně zemědělcům a poradcům akreditovaným

15


Ministerstvem zemědělství a pracovníkům dotčených orgánů státní správy. Obecně mohou metodiku využít všichni, kteří chtějí produkovat a využívat kompost na zemědělské půdě, nakládat s polymerními materiály, tyto neškodně odstraňovat a šetrně s nimi hospodařit s ohledem na minimalizaci negativních vlivů těchto látek na jednotlivé složky životního prostředí. Metodiku mohou využít též pedagogové k doplnění výuky na různých stupních odborných škol. Smysluplné využití metodiky pro praktické účely se předpokládá u uživatele s určitými znalostmi v oblasti odpadového hospodářství a s jednoduchým vybavením (testovací rám, digitální tyčový teploměr, vlhkoměr, digitální přenosná váha, pinzety, atd.).

V.

EKONOMICKÉ ASPEKTY Uživatel metodiky musí disponovat jednoduchým vybavením (testovací rám, digitální tyčový teploměr, vlhkoměr,

digitální váhy, pinzety, atd.). Toto vybavení se dá pořídit do hodnoty cca 15000 Kč. Nejdražšími položkami nezbytnými pro možné uskutečnění metodiky je následující vybavení: digitální tyčový teploměr (cca 3600 Kč), vlhkoměr (cca 6000 Kč) a digitální přenosná váha (cca 1200 Kč). Přibližná cena jednoho kusu testovacího rámu činí 1000 Kč. Bude-li metodika v praxi využívána, přinese úsporu v podobě dotřídění vzniklého kompostu (ušetření času a nákladů spojených s tímto procesem) a dále zejména snížení kontaminace polymerovými příměsemi ve výsledném produktu kompostování, které by v případě výskytu v kompostu a jeho následnou aplikací, se mohly dostat do jednotlivých složek životního prostředí. Přínosy jsou nejen ekonomické, ale i environmentální. Největší profit lze očekávat v produkci kompostu využitelného na zemědělské půdě, jako potenciálu pro zvýšení organické složky v půdě.

16


VI. SEZNAM POUŽITÉ SOUVISEJÍCÍ LITERATURY ADAMCOVÁ, D., VAVERKOVÁ, M., TOMAN, F.: (2013). Repeated research of biodegradability of plastics materials in real composting conditions. Acta Environmentalica Universitatis Comenianae 61(6): 1557-1564. ADAMCOVÁ, D., VAVERKOVÁ, M.: (2014). Degradation of biodegradable/degradable plastics in municipal solid waste landfill. Polish Journal of Environmental Studies 23(4): 1071-1078. CHO, H.S., MOON, H.S., KIM, M., NAM, K., KIM, J.Y.: (2010). Biodegradability and biodegradation rate of poly(caprolactone)starch blend and poly(butylene succinate) biodegradable polymer under aerobic and anaerobic environment. Waste management 31(3): 475-480. CZAJA-JAGIELSKA, N., MELSKI, K.: (2013). Biodegradation of starch-based films in conditions of nonindustrial composting. Polish Journal of Environmental Studies 22(4): 1039-1044. European bioplastics [online]. 2012 [cit. 2014-08-25]. Dostupné z: http://en.european-bioplastics.org/bioplastics/ HLADÍK J.: (2009). Půda je nenahraditelná jako výrobní prostředek, ale i jako přírodní fenomén. Sborník z V. konference Biologicky rozložitelné odpady, Náměšť nad Oslavou: 54-58. http://www.kompostuj.cz/vime-jak/vermikompostovani/zakladni-pravidlavermikompostovani. IOVINO, R., ZULLO, R., RAO, M. A., CASSAR, L., GIANFREDA, L.: (2008). Biodegradation of poly(lactic acid)/starch/coir biocomposites under controlled composting conditions. Polymer Degradation and Stability 93:147–157. ISHIGAKI, T., SUGANO, W., NAKANISHI, A., TATEDA, M., IKE, M., FUJITA, M.: (2004). The degradability of biodegradable plastics in aerobic and anaerobic waste landfill model reactors. Chemosphere 54(3): 225-33. KAISER, J. P.: (2001). Testing the performance and the disintegration of biodegradable bags for the collection of organic wastes. Macromolecular Symposia 165, 115-22. KALE, G., AURAS, R., SINGH P.S.: (2006). Degradation of commercial biodegradable packages under real composting and ambient exposure conditions. Journal of Polymers and the Environment 14(3): 317-334. KALE, G., KIJCHAVENGKUL, T., AURAS, R., RUBINO, M., SUSAN, E,. SELKE, SINGH S.: (2007a). Compostability of bioplastic packaging materials: An Overview. Macromolecular Bioscience 7: 255-277. KALE, G., AURAS, R., SINGH, S., NARAYAN, R.: (2007b). Biodegradability of polylactide bottles in real and simulated composting conditions. Polymer Testing 26: 1049-1061. KALINA, M.: 2004. Kompostování a péče o půdu. Grada Publishing a.s. MOHEE, R., UNMAR, G.: (2007). Determining biodegradability of plastic materials under controlled and natural composting environments. Waste Management 27: 1486–1493. OHTAKI, A., NAKASAKI, K.: (2000). Ultimate degradability of various kinds of biodegradable plastics under controlled composting conditions. Waste Management and Research 18(2): 184-189.

17


RANINGER, B., STEINER, G., WALES, D.M., HARE, C.W.J.: (2002). Tests on composting of degradable polyethylene in respect to the duality of the end product compost. Microbiology of Composting. Springer, DE, 299-308. SIVAN, A.: (2011). New perspectives in plastic biodegradation. Current Opinion in Biotechnology 22(3): 422-426. TŘIDĚNÍODPADU: Bioplasty [online]. 2013 [cit. 2014-08-25]. Dostupné z: http://www.trideniodpadu.cz/trideniodpadu.cz/ Bioplasty.html VAVERKOVÁ, M., ADAMCOVÁ, D., KOTVICOVÁ, J., TOMAN, F.: (2014). Evaluation of biodegradability of plastics bags in composting conditions. Ecological Chemistry and Engineering S. Accepted Manuscript. VAVERKOVÁ, M., ADAMCOVÁ, D., KLAPSIOVÁ, V.: (2014a). Do the degradable/biodegradable plastic materials decompose in domestic compost bin? Proceedings of ECOpole. Accepted Manuscript.

18


VII. SEZNAM PUBLIKACÍ, KTERÉ PŘEDCHÁZELY METODICE VAVERKOVÁ, M., KOTOVICOVÁ, J., ADAMCOVÁ, D.: (2011). Testing the biodegradability and biodegradation rates of degradable/ biodegradable plastics within simulated environment. Infrastructure and Ecology of Rural Areas 12(12): 93-101. VAVERKOVÁ, M., ADAMCOVÁ, D.: (2012). Výzkum rozkladu jednorázových plastových tašek dostupných na českém a polském trhu. Acta Environmentalica Universitatis Comenianae 20: 136-141. VAVERKOVÁ, M., TOMAN, F., ADAMCOVÁ, D., KOTOVICOVÁ, J.: (2012). Study of the biodegrability of degradable/biodegradable plastic material in a controlled composting environment. Ecological Chemistry and Engineering S 19(3): 347-358. ADAMCOVÁ, D., VAVERKOVÁ, M., KOTOVICOVÁ, J., TOMAN, F.: (2013). Mendelova Univerzita v Brně, Ukotvený sledovací rám Funkční vzorek. VAVERKOVÁ, M., ADAMCOVÁ, D., TOMAN, F.: (2013). Mendelova Univerzita v Brně. Zásobník pro časové sledování vzorků. 25903, Úřad průmyslového vlastnictví, Česká republika. Užitný vzor. VAVERKOVÁ, M., ADAMCOVÁ, D., TOMAN, F.: (2013). Mendelova Univerzita v Brně Zásobník pro časové sledování vzorků Funkční vzorek. VAVERKOVÁ, M., ADAMCOVÁ, D., TOMAN, F., KOTOVICOVÁ, J.: (2013). Mendelova Univerzita v Brně, Testovací rám - Funkční vzorek. ADAMCOVÁ, D., VAVERKOVÁ, M., TOMAN, F.: (2013). Repeated research of biodegradability of plastics materials in real composting conditions. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis 61(6): 1557-1564. ADAMCOVÁ, D., TOMAN, F., VAVERKOVÁ, M., KOTOVICOVÁ, J.: (2013). The effect of biodegradation/degradation of degradable plastic material on compost quality. Ecological Chemistry and Engineering S 20(4): 783-798. ADAMCOVÁ, D., VAVERKOVÁ, M., TOMAN, F.: (2014). Analysis of biodegrability of degradable/biodegradable plastic material in controlled composting environment. Ecological Chemistry and Engineering S. Accepted Manuscript. ADAMCOVÁ, D., VAVERKOVÁ, M.: (2014). Degradation of biodegradable/degradable plastics in municipal solid waste landfill. Polish Journal of Environmental Studies 23(4). VAVERKOVÁ, M., ADAMCOVÁ, D., KOTOVICOVÁ, J., TOMAN, F.: (2014). Evaluation of biodegradability of plastics bags in composting conditions. Ecological Chemistry and Engineering S. Accepted Manuscript. VAVERKOVÁ, M., ADAMCOVÁ, D., KLAPSIOVÁ, V.: (2014). Do the degradable/biodegradable plastic materials decompose in domestic compost bin? Proceedings of ECOpole. Accepted Manuscript.

19


VIII. SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK ASTM American Society for Testing and Materials (americká společnost pro zkoušení a materiály) DIN

Deutsches Institut für Normung (německá standardizační organizace)

ECN

uropean Committee for Standardization (evropský výbor pro normalizaci)

HDPE high-density polyethylene (vysokohustotní polyethylen) ISO

International Organization for Standardization (mezinárodní organizace pro normalizaci)

JIS

Japanese Industrial Standards (japonské průmyslové standardy)

PE

polyethylene (polyethylen)

PET

polyethylene terephthalate (polyethylentereftalát)

PLA

polylactic acid (kyselina polymléčná)

PP

polypropylene (polypropylen)

TDPA totally degradable plastic additives (zcela rozložitelná aditiva pro plasty)

20


IX. PŘÍLOHA

Obr. 6. Kompostová zakládka (Adamcová, Vaverková, 2014)

Obr. 7. Založení pokusu (Adamcová, Vaverková, 2014)

21


Obr. 8. Umístění vzorků (Adamcová, Vaverková, 2014)

Obr. 9. Založený pokus (Adamcová, Vaverková, 2014)

22

Poznámky

Název titulu:

Metodika pro hodnocení rozkladu rozložitelných polymerních materiálů v reálných podmínkách kompostování

Autoři:

Mgr. Ing. Magdalena Daria Vaverková, Ph.D. Bc. Ing. Dana Adamcová, Ph.D. Dr. Ing. Petr Marada doc. Dr. Ing. Zdeněk Havlíček

Vydavatel:

Mendelova univerzita v Brně

Sazba a tisk:

Vydavatelství MENDELU Texty neprošly jazykovou úpravou

Vydání:

první, 2014

Počet stran:

24

Náklad:

300 ks

ISBN:

978-80-7509-095-9

© Mendelova univerzita v Brně, 2014

Metodika pro hodnocení rozkladu. rozložitelných polymerních materiálů v reálných podmínkách kompostování

Recommend Documents