Biodegradovateľným materiálom sa venuje už dvadsať rokov. So svojím tímom vynašiel materiál na výrobu bio-obalov, ktoré sú rozložiteľné a pochádzajú z obnoviteľných zdrojov. Vďaka ním budeme môcť snáď už čoskoro hodiť obal na vajíčka do kompostu. Za vývoj receptúry a technológie prípravy týchto materiálov si 14. mája 2013 prevzal ocenenie Technológ roka SR. Doc. Ing. Pavol Alexy, CSc. sa snaží dokázať, že chémia nemusí našej planéte len škodiť.
Prečo je dôležité používať odbúrateľné materiály z obnoviteľných zdrojov?
Celé bývalé storočie, v ktorom sa objavili syntetické polyméry, sa označuje za storočie plastov. Keby sme teraz povedali „polyméry zmiznite!“, tak zostaneme nahí a bez väčšiny vecí, na ktoré sme zvyknutí. Zo začiatku to samozrejme nevyzeralo ako problém. Až do momentu, keď sa ich začalo vyrábať obrovské množstvo a vznikol problém s likvidáciou odpadu. Jednou z alternatív ako riešiť tento problém je biologická rozložiteľnosť. Čo znamená, že ak sa materiál dostane do biologicky aktívneho prostredia, tak ho mikroorganizmy spotrebujú ako zdroj živín a rozložia na neškodné produkty. Taktiež je dôležité využívať obnoviteľné zdroje namiesto fosílnych zdrojov surovín a palív. Na prvý pohľad to pre laickú verejnosť súvisí s faktom, že ropa sa raz minie a čo potom? Keď sa minie, tak potom už nič. Po minutí všetkých fosílnych zdrojov zrejme nebude život na zemi možný.
Prečo?
Tieto zdroje sú obrovským úložiskom uhlíka, ktorý ich využívaním v konečnom dôsledku premieňame na oxid uhličitý, teda skleníkový plyn. Vznikali tak, že zelené telá rastlín a stromov sa rozložili pod zemou a podľa toho aké mali podmienky, vzniklo buď uhlie, ropa, alebo zemný plyn. Aby tieto rastliny mohli kedysi dávno narásť, spotrebovali z atmosféry zeme obrovské množstvo oxidu uhličitého (CO2). Ak budeme toto CO2 naďalej vracať späť do atmosféry, výrazne prispejeme ku globálnemu otepľovaniu.
Pri biodegradácii sa CO2 neuvoľňuje?
Dôležité je vrátiť ho do surovinového cyklu. My robíme s polymérmi, ktoré majú primárny zdroj surovín v rastlinách, najčastejšie je to škrob alebo cukry. Ak napríklad spotrebujem na výrobu fólie 10 kíl škrobu, potom ju nechám zbiodegradovať, pri čom sa uvoľní CO2 a voda, tak na to, aby som mal ďalších 10 kíl škrobu na novú fóliu, musím opäť zasadiť kukuricu, ktorá pri raste spotrebuje CO2. Tento plyn sa tým pádom dostáva do uzavretého cyklu.
Považujete váš vynález za prelomový v používaní biodegradovateľných materiálov?
To že robíme niečo z biodegradovateľných polymérov, nie je nič nové. Existujú tu už dlho. Otázka znie, ak tu existujú už dlho, tak prečo nie sú na trhu? Na vine sú dve príčiny, ekonomické a technické. Ekonomické preto, lebo polyméry, ktoré sa dajú takto spracovať, sú podstatne drahšie ako tie syntetické. Dôvodom je to, že sa ich robí málo. Malotonážne výroby sú vždy drahšie ako veľkotonážne. V momente, keď sa ich začnú vyrábať tisícky, stotisícky a milióny ton ročne, tak ako je to u bežných plastov, v tom momente pôjde cena rapídne dole.
Prečo sa ich teda robí tak málo?
Pretože sa málo kupujú a málo používajú. A prečo sa málo používajú? Lebo sú drahé. A už sme v začarovanom kruhu, z ktorého niet iného východiska ako do neho zainvestovať, aby sa niekde rozťal. V momente keď do neho niekto zainvestuje, a teraz nemyslím konkrétneho človeka, ale napríklad legislatívnu podporu týchto produktov, začarovaný kruh sa rozpadne.
A čo technické príčiny?
Tieto polyméry sú ťažšie spracovateľné ako bežné syntetické polyméry, napríklad polyolefíny, a niektoré ich vlastnosti sú horšie. Napríklad sú príliš krehké. Tým pádom by bol problém vyrobiť flexibilné húževnaté fólie, lebo by sa polámali. Treba teda hľadať technické riešenia ako ich zmodifikovať tak, aby sa dali dobre spracovať bežnými technológiami, a aby mali správne finálne vlastnosti. Aby mohli napríklad nahradiť plastovú tašku v obchode. To je práve naše malé políčko, v ktorom sa hrabeme. Sú pritom dve cesty ako tie vlastnosti vylepšiť. Jedna je syntéza polymérov a druhá je ich spracovanie. My sa orientujeme na spracovanie.
Ak sú tu biodegradovateľné polyméry už dávno, v čom je váš vynález unikátny?
Našli sme spôsob ako ich spracovať v ich vzájomnej kombinácii, tak aby boli dobre spracovateľné a aby mali vhodné vlastnosti k tomu, na čo sú určené. To sme vlastne prihlásili aj ako vynález. Kombináciu polymérov, niektorých aditív a spôsob spracovania. Podarilo sa nám vyriešiť ten technický problém, ktorý som spomínal. Teraz máme materiál, ktorý vieme namodifikovať tak, aby mal rôzne vlastnosti. Zo základnej zmesi alebo jej zložiek vieme nakombinovať zmesi s rôznymi vlastnosťami, ktoré sa dajú spracovať bežnými technológiami. Teraz by mohla prísť tá spätná väzba. Vyriešili sme technický problém a môže sa začať investovať do výrobných liniek, lebo už neexistujú technické prekážky. Ale to bude chvíľku trvať.
A na aké dlhé trate to vidíte?
Ja som sa biodegradovateľným materiálom začal venovať pred dvadsiatimi rokmi, keď som si povedal, že to raz bude mať budúcnosť. Vtedy som si myslel, že to bude päť, možno desať rokov. Ubehlo dvadsať rokov a ukazuje sa, že by sme pomaly mohli byť v cieli. Ceny niektorých surovín, ktoré používame do zmesi, klesli a začínajú sa približovať cene klasických plastov. Myslím, že časom pôjdu dole aj ďalšie.
Kto každý za týmto projektom stojí?
V žiadnom prípade to nie je výsledok len mojej práce, pracuje na ňom množstvo ďalších ľudí. V prvom rade sú to moji kolegovia a študenti, najmä doktorandi, ktorí sa nemalým dielom pričinili o to, že sme tam, kde sme. Okrem toho dlhodobo spolupracujeme s Ústavom polymérov SAV. Oni robia skôr základný výskum, my viac technológiu, takže sa vhodne dopĺňame. Je to naše spoločné dieťa.
Máte na tento vynález zaregistrovaný patent, o ktorý by mohli prejaviť záujem veľké firmy vo svete?
Keď niečo také vymyslíte, musíte na zaregistrovanie vynálezu podať prihlášku. Potom sa skúma, či je to naozaj vynález, či ho niekto už predtým nepopísal, nepublikoval. My sme sa rozhodli, že okrem národnej prihlášky podáme aj celosvetovú. Obe sú v štádiu posudzovania už asi trištvrte roka. Koncom minulého roku sme za ňu dostali ocenenie na výstave patentov a vynálezov na Taiwane, tak uvidíme. Zatiaľ to vyzerá dobre.
Kedy si budeme môcť v slovenských obchodoch kúpiť vajíčka v rozložiteľných obaloch?
Ak sa nič nepokazí, tak v priebehu dvoch, troch rokov by sme mohli mať reálnu výrobňu na „bioobaly“. Môj veľký optimizmus pramení z toho, že spolupracujeme s pánom, ktorý vlastní veľkú spoločnosť na výrobu biovajec a chcel by ich baliť aj do ekologických obalov. Plánuje na produkciu týchto zmesí postaviť výrobné zariadenia.
V akom štádiu spolupráce ste momentálne?
Objednávame suroviny určené na prevádzkový pokus. S jednou firmou na výrobu obalov na vajíčka máme dohodu, že u nich môžeme testy realizovať a keď prevádzkový test dobre dopadne, presunieme sa do štádia projektovania prevádzky na výrobu týchto materiálov. Pokiaľ budú financie, podnikateľský zámer a odbyt, tak je naozaj reálne, že v priebehu dvoch rokov by obaly mohli uzrieť svetlo sveta. Ich prototypy sme už vyrobili v laboratóriu.
Vyzerajú úplne ako klasický obal na vajíčka…
No, tento ním akurát aj je. /Smiech/. Náš obal je hneď vedľa.
Vidíte, naozaj sú na nerozoznanie.
Akurát že ten prvý nie je biodegradovateľný a je z ropných surovín. Ten náš je z obnoviteľných zdrojov a rozloží sa. Máme tu aj jeden matnejší, do ktorého bol pridaný ďalší biopolymér, aby bol lacnejší. To, že doň vieme dať až 50 % tejto zložky, je tiež pokrok. Vám to možno nič nepovie, ale nie je to sranda dostať ho tam tak, aby sa s ostatnými zložkami dokonale zmiešal.
Z akých zložiek táto špeciálna zmes pozostáva?
Kyselina polymliečna a polyhydroxybutyrát sú základné zložky, ďalej tam treba pridať zmäkčovadlo a ďalšie pomocné prísady, už spomínaný biopolymér a potom ešte asi 0,5 % špeciálneho modifikátora. Ten zabezpečí, že všetky zložky sú kompatibilné.
Odkiaľ sa kyselina polymliečna získava?
Na začiatku procesu môže byť kukurica, zemiaky, ryža, v podstate hocaký škrob. Najlacnejšia je práve kukurica, keďže sa pestuje úplne bez problémov a je jej dosť. Potom sa fermentáciou škrobu vyrobí kyselina mliečna a z nej polymerizáciou kyselina polymliečna.
A polyhydroxybutyrát?
To je bakteriálny polyester, čiže polymér, ktorý produkujú baktérie ako svoju energetickú zásobu. Funguje to ako u človeka, ktorý produkuje tuky, keď má nadbytok potravy. Baktérie syntetizujú tieto polyméry z cukrov, čiže im musíte dodávať napríklad fruktózou alebo laktózou. Ako veľmi výhodné sa ukazuje využitie srvátky, čo je odpad mliekarenského priemyslu, ktorý stále obsahuje pomerne veľa cukrov. Nie je ich tak veľa, aby boli priemyselne využiteľné na iné produkty, ale na biotechnologickú výrobu polymérov to ešte stačí.
Čiže sú to všetko obnoviteľné zdroje, ktoré pri biodegradácii neprodukujú žiaden skleníkový plyn?
Na kyselinu polymliečnu potrebujeme kukuricu. Ak polymliečna kyselina zbiodegraduje na CO2 a vodu, tak je to v pohode a znova môžeme zasadiť kukuricu. To isté je aj v prípade kravy, ktorá sa musí nažrať trávy, aby dávala mlieko.
To má logiku…
Áno, príroda je strašne jednoduchá, len my ju často dobre nechápeme. To je celé.
Váš vynález by ale mohol znamenať vyriešenie aspoň jedného ekologického problému, nie?
Tým, že vyrobíme obaly z takéhoto materiálu, ešte problémy nekončia. Ľudí treba naučiť, že patrí do kompostu. Predstava, že ho hodím za hlavu a on zmizne, je mylná, pretože ak sa nedostane do biologicky aktívneho prostredia, nemá dôvod rozkladať sa. Ak by som ho dal do kontajnera s komunálnym odpadom a neodseparoval ho, tak mám síce super ekologický materiál, ale polovica jeho „ekologickosti“ sa stratí. Stále je vyrobený z obnoviteľných zdrojov, ale do prirodzeného cyklu sa už nevráti. A haldy odpadu zbytočne narastajú.
Sám sa na skládke nerozloží?
Teoreticky áno. No na to, aby mikroorganizmy, ktoré ho rozložia, boli schopné na skládke prežiť, potrebujú nejaké podmienky. Exitujú také, ktoré musia mať k životu kyslík a tie, ktoré ho nepotrebujú. Takisto potrebujú určitú vlhkosť, teplotu, pH. Ak im toto na skládke nevytvoríme, tak jednoducho nebudú fungovať. Ak potrebujú kyslík a my to niečím zahádžeme, tak sa materiál nerozloží. Čiže na bežnej skládke je to viac-menej náhodná záležitosť.
Ako dlho obal alebo akýkoľvek produkt z tohto materiálu vydrží?
Materiály, ktoré robíme, sú stabilné, pokiaľ nie sú v biologicky aktívnom prostredí. Môže na nich pršať, svietiť slnko, môžete ich mať doma uskladnené za normálnych podmienok. Rozkladajú sa, až keď sa dostanú do kompostu.
Ako dlho takýto proces trvá?
Pokiaľ sú v komposte a sú to kompostovateľné polyméry, tak rádovo týždne až mesiace ako hocaký biologický materiál. Čiže veľmi prijateľná doba.
Aké sú vaše ďalšie plány s bio-obalmi?
Pred pätnástimi rokmi som spolupracoval s jednou rakúskou firmou, ktorá pracuje v oblasti obalovej techniky. Chceli sme robiť obaly na jogurty, ale stroskotalo to v momente, keď dali „kelímky“ na linky, kde ich bolo treba uzatvárať viečkami. Praskali, pretože boli krehké. Ale teraz, keď už vieme vyrobiť húževnatý materiál, by som rád znova nadviazal kontakty. Bolo by úžasné, keby sa to podarilo. Jogurtový kelímok by mohol ísť rovno do kompostu.
Aký máte vy osobne vzťah k ochrane životného prostredia? Separujete?
Čo myslíte, prečo robím tieto veci? /Smiech/. Nebývam v rodinnom dome, tým pádom som odkázaný separovať len to, čo mi umožní okolie, ale to čo môžeme, samozrejme separujeme. Myslím si, že veľa ľudí nadáva na chémiu. Vinia ju za to, že uškodila planéte a že chemici môžu za to, že sme ekologicky tam, kde sme. Ja tvrdím, že chémia za to, chuderka, nemôže. Môžu za to ľudia, ktorí ju zle používajú. Moja práca je preto aspoň malým príspevkom k tomu, aby ľudia videli, že ak sa chémia rozumne využíva, vie byť aj užitočná.
