Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đánh giá tác động môi trường của việc sản xuất nhựa sinh học từ các chất thải nông nghiệp
Tóm tắt
Nhựa sinh học là những lựa chọn thay thế cho nhựa thông thường dựa trên dầu mỏ. Nhựa sinh học là các polymer được chế biến từ nguồn tài nguyên tái sinh và có khả năng phân hủy sinh học. Nghiên cứu này nhằm mục đích tiến hành đánh giá tác động môi trường của quá trình sinh học xử lý chất thải nông nghiệp thành nhựa sinh học so với nhựa petro dựa trên phương pháp phân tích chu kỳ sống (LCA). Nhựa sinh học được sản xuất từ vỏ khoai tây trong phòng thí nghiệm. Trong một phản ứng hóa học dưới sự gia nhiệt, tinh bột được chiết xuất từ vỏ và glycerin, giấm cùng với nước được thêm vào với nhiều tỷ lệ khác nhau, dẫn đến việc sản xuất các mẫu nhựa sinh học khác nhau. Tuy nhiên, tác động môi trường của quá trình sản xuất nhựa sinh học đã được đánh giá và so sánh với nhựa petro. Một phân tích chu kỳ sống của nhựa sinh học được sản xuất trong phòng thí nghiệm và nhựa petro đã được tiến hành. Các kết quả được trình bày dưới dạng tiềm năng gây nóng lên toàn cầu và các tác động môi trường khác bao gồm tiềm năng axit hóa, tiềm năng trứng nước, tiềm năng độc tính sinh thái nước ngọt, tiềm năng độc tính đối với con người và sự suy giảm tầng ozon của việc sản xuất nhựa sinh học so với nhựa petro. Kết quả cho thấy rằng lượng khí nhà kính (GHG) phát thải, qua các thí nghiệm khác nhau để sản xuất nhựa sinh học, dao động từ 0.354 đến 0.623 kg CO2 eq. trên mỗi kg nhựa sinh học so với 2.37 kg CO2 eq. trên mỗi kg polypropylen như một loại nhựa petro. Các kết quả cũng cho thấy không có tác động tiềm năng đáng kể nào của nhựa sinh học được sản xuất từ vỏ khoai tây trên các tác động môi trường khác nhau so với poly-β-hydroxybutyric acid và polypropylen. Do đó, nhựa sinh học được sản xuất từ chất thải nông nghiệp có thể được sản xuất ở quy mô công nghiệp để giảm sự phụ thuộc vào nhựa dựa trên dầu mỏ. Điều này sẽ giảm thiểu phát thải GHG và giảm các tác động tiêu cực đối với môi trường liên quan đến biến đổi khí hậu.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Abdelsalam E, Hijazi O, Samer M, Yacoub IH, Ali AS, Ahmed RH, Bernhardt H (2019) Life cycle assessment of the use of laser radiation in biogas production from anaerobic digestion of manure. Renew Energy 142:130–136
Accinelli C, Saccà ML, Mencarelli M, Vicari A (2012) Deterioration of bioplastic carrier bags in the environment and assessment of a new recycling alternative. Chemosphere 89:136–143. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2012.05.028
Accinelli C, Abbas HK, Vicari A, Shier WT (2015a) Evaluation of recycled bioplastic pellets and a sprayable formulation for application of an Aspergillus flavus biocontrol strain. Crop Prot 72:9–15. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2015.02.020
Accinelli C, Mencarelli M, Balogh A, Ulmer BJ, Screpanti C (2015b) Evaluation of field application of fungi-inoculated bioplastic granules for reducing herbicide carry over risk. Crop Prot 67:243–250. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2014.10.028
Boonniteewanich J, Pitivut S, Tongjoy S, Lapnonkawow S, Suttiruengwong S (2014) Evaluation of carbon footprint of bioplastic straw compared to petroleum based straw products. Energy Procedia 56:518–524. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.07.187
Chen L, Pelton REO, Smith TM (2016) Comparative life cycle assessment of fossil and bio-based polyethylene terephthalate (PET) bottles. J Clean Prod 137:667–676. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.07.094
Fernández-Dacosta C, Posada JA, Kleerebezem R, Cuellar MC, Ramirez A (2015) Microbial community-based polyhydroxyalkanoates (PHAs) production from wastewater: techno-economic analysis and ex-ante environmental assessment. Bioresour Technol 185:368–377. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.03.025
Harding KG, Dennis JS, von Blottnitz H, Harrison STL (2007) Environmental analysis of plastic production processes: Comparing petroleum-based polypropylene and polyethylene with biologically-based poly-β-hydroxybutyric acid using life cycle analysis. J Biotechnol 130:57–66. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2007.02.012
Hijazi O, Abdelsalam E, Samer M, Attia YA, Amer BMA, Amer MA, Badr M, Bernhardt H (2020a) Life cycle assessment of the use of nanomaterials in biogas production from anaerobic digestion of manure. Renewable Energy 148:417–424
Hijazi O, Abdelsalam E, Samer M, Amer BMA, Yacoub IH, Moselhy MA, Attia YA, Bernhardt H (2020b) Environmental impacts concerning the addition of trace metals in the process of biogas production from anaerobic digestion of slurry. J Clean Prod 243:118593
Hijazi O, Berg W, Moussa S, Ammon C, von Bobrutzki K, Brunsch R (2014a) Comparing methane emissions from different sheep-keeping systems in semiarid regions: a case study of Syria. J Saudi Soc Agric Sci 13:139–147. https://doi.org/10.1016/j.jssas.2013.01.008
Hijazi O, Berg W, Moussa S, Ammon C, von Bobrutzki K, Brunsch R (2014b) Awassi sheep keeping in the Arabic steppe in relation to nitrous oxide emission from soil. J Assoc Arab Univ Basic Appl Sci 16:46–54. https://doi.org/10.1016/j.jaubas.2013.07.003
Hottle TA, Bilec MM, Landis AE (2017) Biopolymer production and end of life comparisons using life cycle assessment. Resour Conserv Recycl 122:295–306. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.03.002
Ingrao C, Tricase C, Cholewa-Wójcik A, Kawecka A, Rana R, Siracusa V (2015) Polylactic acid trays for fresh-food packaging: a carbon footprint assessment. Sci Total Environ 537:385–398. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.08.023
Ioannou-Ttofa L, Foteinis S, Moustafa AS, Abdelsalam E, Samer M, Fatta-Kassinos D (2021) Life cycle assessment of household biogas production in Egypt: influence of digester volume, biogas leakages, and digestate valorization as biofertilizer. J Clean Prod 286:125468
Kendall A (2012) A life cycle assessment of biopolymer production from material recovery facility residuals. Resour Conserv Recycl 61:69–74. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2012.01.008
Kliestik T, Misankova M, Valaskova K et al (2018) Bankruptcy prevention: new effort to reflect on legal and social changes. Sci Eng Ethics 24:791–803. https://doi.org/10.1007/s11948-017-9912-4
Koller M, Sandholzer D, Salerno A, Braunegg G, Narodoslawsky M (2013) Biopolymer from industrial residues: life cycle assessment of poly(hydroxyalkanoates) from whey. Resour Conserv Recycl 73:64–71. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2013.01.017
Kovacova M, Kliestik T, Valaskova K, Durana P, Juhaszova Z (2019) Systematic review of variables applied in bankruptcy prediction models of Visegrad group countries. Oecon Copernicana Inst Econ Res 10(4):743–772
Kulma A, Skórkowska-Telichowska K, Kostyn K, Szatkowski M, Skała J, Drulis-Kawa Z et al (2015) New flax producing bioplastic fibers for medical purposes. Ind Crops Prod 68:80–89. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.09.013
Li Y, Manandhar A, Li G, Shah, (2018) A Life cycle assessment of integrated solid state anaerobic digestion and composting for on-farm organic residues treatment. Waste Manag 76:294–305. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.03.025
Lorite GS, Rocha JM, Miilumäki N, Saavalainen P, Selkälä T, Morales-Cid G, Gonçalves MP, Pongrácz E, Rocha CMR, Toth G (2017) Evaluation of physicochemical/microbial properties and life cycle assessment (LCA) of PLA-based nanocomposite active packaging. LWT - Food Sci Technol 75:305–315. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.09.004
Maroušek J, Rowland Z, Valášková K et al (2020) Techno-economic assessment of potato waste management in developing economies. Clean Techn Environ Policy 22:937–944. https://doi.org/10.1007/s10098-020-01835-w
Maroušek J, Myšková K, Žák J (2015) Managing environmental innovation: case study on biorefinery concept. Rev Téc Ing Univ Zulia 38(3):216–220
Mekonnen T, Mussone P, Khalil H, Bressler D (2013) Progress in bio-based plastics and plasticizing modifications. J Mater Chem A 1:13379–13398. https://doi.org/10.1039/c3ta12555f
Papong S, Malakul P, Trungkavashirakun R, Wenunun P, Chom-In T, Nithitanakul M, Sarobol E (2014) Comparative assessment of the environmental profile of PLA and PET drinking water bottles from a life cycle perspective. J Clean Prod 65:539–550. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.09.030
Pei L, Schmidt M, Wei W (2011) Conversion of biomass into bioplastics and their potential environmental impacts. In: Elnashar M (ed) Biotechnology of biopolymers. InTech, Croatia pp. 57–73.
Righi S, Baioli F, Samorì C, Galletti P, Tagliavini E, Stramigioli C, Tugnoli A, Fantke P (2017) A life cycle assessment of poly-hydroxybutyrate extraction from microbial biomass using dimethyl carbonate. J Clean Prod 168:692–707. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.08.227
Rossi V, Cleeve-Edwards N, Lundquist L, Schenker U, Dubois C, Humbert S, Jolliet O (2015) Life cycle assessment of end-of-life options for two biodegradable packaging materials: sound application of the European waste hierarchy. J Clean Prod 86:132–145. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.08.049
Samer M, Hijazi O, Abdelsalam EM, El-Hussein A, Attia YA, Yacoub IH, Bernhardt H (2021) Life cycle assessment of using laser treatment and nanomaterials to produce biogas through anaerobic digestion of slurry. Environ Dev Sustain. https://doi.org/10.1007/s10668-021-01264-9
Samer M, Khalefa Z, Abdelall T, Moawya W, Farouk A, Abdelaziz S et al (2019) Bioplastics production from agricultural crop residues. Agric Eng Int CIGR J 21:190–194
Semba T, Sakai Y, Sakanishi T, Inaba A (2018) Greenhouse gas emissions of 100% bio-derived polyethylene terephthalate on its life cycle compared with petroleum-derived polyethylene terephthalate. J Clean Prod 195:932–938. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.05.069
Soroudi A, Jakubowicz I (2013) Recycling of bioplastics, their blends and biocomposites: a review. Eur Polym J 49:2839–2858. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2013.07.025
Stehel V, Horák J, Vochozka M (2019) Prediction of institutional sector development and analysis of enterprises active in agriculture. Business Admin Manag 22(4):103–118
Tecchio P, Freni P, De Benedetti B, Fenouillot F (2016) Ex-ante Life Cycle Assessment approach developed for a case study on bio-based polybutylene succinate. J Clean Prod 112:316–325. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.07.090
Thompson RC, Moore CJ, Saal FSV, Swan SH (2009) Plastics, the environment and human health: current consensus and future trends. Philos Trans R Soc B Biol Sci 364:2153–2166. https://doi.org/10.1098/rstb.2009.0053
Tsang YF, Kumar V, Samadar P, Yang Y, Lee J, Ok YS et al (2019) Production of bioplastic through food waste valorization. Environ Int 127:625–644. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.03.076
Tsiropoulos I, Faaij APC, Lundquist L, Schenker U, Briois JF, Patel MK (2015) Life cycle impact assessment of bio-based plastics from sugarcane ethanol. J Clean Prod 90:114–127. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.11.071
Tukker A (2000) Life cycle assessment as a tool in environmental impact assessment. Environ Impact Assess Rev 20(4):435–456
Wolf C, Dressler D, Engelmann K, Klein D, Weber-Blaschke G, B€oswirth T, et al (2016) MethodenzurAnalyse und Bewertungausgew€ahlter €okologischer und okonomischerWirkungen von Produktsystemenaus land- und forstwirtschaftlichenRohstoffen In German: (Methods to Analyze and Evaluate Selected Environmental and Economic Impacts of Product, ExpRessBio. BerichteAus Dem TFZ 45:165
Zarebska A, Nieto DR, Christensen KV, Norddahl B (2014) Ammonia recovery from agricultural wastes by membrane distillation: Fouling characterization and mechanism. Water Res 56:1–10. https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.02.037
Zhou C-H, Xia X, Lin C-X, Tong D-S, Beltramini J (2011) Catalytic conversion of lignocellulosic biomass to fine chemicals and fuels. Chem Soc Rev 40:5588–5617. https://doi.org/10.1039/c1cs15124j