В условиях постоянного улучшения глобальной осведомленности об охране окружающей среды и растущей потребности в устойчивом развитии традиционные материалы сталкиваются со многими проблемами, а экологически чистые материалы из пшеницы стали новым материалом на биологической основе. В этой статье подробно рассматриваются характеристики, исследования, разработки и производство экологически чистых материалов из пшеницы, глубоко анализируются перспективы их применения в упаковке, текстиле, строительстве, сельском хозяйстве и других областях, а также исследуются возможности и проблемы, с которыми сталкиваются, с нетерпением жду будущих тенденций развития. , целью которого является предоставление всеобъемлющего справочника для соответствующих специалистов отрасли, исследователей и политиков, а также содействие широкому применению и промышленной модернизации экологически чистых материалов из пшеницы.
1. Введение
В современную эпоху экологические проблемы стали одним из ключевых факторов, ограничивающих развитие человеческого общества. Традиционные материалы, такие как пластмассы и химические волокна, вызвали ряд серьезных проблем, таких как нехватка ресурсов, высокое потребление энергии и белое загрязнение во время производства, использования и переработки отходов. На этом фоне крайне важно найти возобновляемые, разлагаемые и экологически чистые альтернативные материалы. Было обнаружено, что как важная продовольственная культура, широко выращиваемая в мире, побочные продукты переработки пшеницы, такие как пшеничная солома и пшеничные отруби, обладают огромным потенциалом материального развития. Постепенно появляются экологически чистые материалы из пшеницы, преобразованные с помощью инновационных технологий, и, как ожидается, они изменят многие промышленные модели.
2. Обзорпшеница экологически чистые материалы
Источники и ингредиенты сырья
Экологически чистые материалы пшеницы в основном получают изпшеничная соломаи отруби. Пшеничная солома богата целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином, и эти природные полимеры обеспечивают основную структурную поддержку материала. Целлюлоза обладает высокой прочностью и высокой кристалличностью, что придает материалу прочность; гемицеллюлоза относительно легко разлагается и может улучшить производительность обработки; лигнин повышает жесткость и водостойкость материала. Пшеничные отруби богаты пищевыми волокнами, белком и небольшим количеством жира, минералов и т. д., что может восполнить дефицит компонентов соломы и оптимизировать характеристики материала, например, улучшить гибкость и свойства поверхности, что делает его более подходящим для разнообразных технологий переработки. .
Процесс подготовки
В настоящее время процесс получения экологически чистого сырья из пшеницы охватывает физические, химические и биологические методы. Физические методы, такие как механическое дробление и горячее прессование, при которых солома измельчается, а затем формируется под воздействием высокой температуры и высокого давления, просты в эксплуатации и недороги. Их часто используют для приготовления основных продуктов, таких как одноразовая посуда и тарелки; химические методы включают реакции этерификации и этерификации, в которых используются химические реагенты для модификации молекулярной структуры сырья с целью улучшения адгезии и водостойкости материалов для удовлетворения более высоких требований к упаковке и текстильному применению, но существует риск образования остатков химических реагентов; биологические методы используют микроорганизмы или ферменты для разложения и преобразования сырья. Этот процесс является экологически чистым и щадящим, и позволяет получать высококачественные материалы с высокой добавленной стоимостью. Однако длительный цикл ферментации и высокая стоимость ферментных препаратов ограничивают их крупномасштабное применение, и большинство из них находится на стадии лабораторных исследований и разработок.
3. Преимущества пшеницы из экологически чистых материалов.
Экологичность
С точки зрения оценки жизненного цикла экологически чистые материалы из пшеницы показали свои преимущества. В процессе роста сырья поглощается углекислый газ и выделяется кислород, что помогает смягчить парниковый эффект; производственный процесс имеет низкое энергопотребление, что значительно снижает зависимость от ископаемой энергии по сравнению с синтезом пластика на основе нефти; обработка отходов после использования проста, и они могут быстро биоразлагаться в естественной среде, обычно разлагаясь на безвредную воду, углекислый газ и гумус в течение от нескольких месяцев до нескольких лет, эффективно решая экологические проблемы, такие как загрязнение почвы и засорение воды. вызвано «столетней некоррозией» традиционных пластмасс.
Возобновляемость ресурсов
Как однолетняя культура, пшеница широко выращивается и ежегодно дает огромный мировой урожай, что может непрерывно и стабильно обеспечивать достаточное количество сырья для подготовки материала. В отличие от невозобновляемых ресурсов, таких как нефть и уголь, при разумном планировании сельскохозяйственного производства пшеничное сырье практически неисчерпаемо, что обеспечивает долгосрочную цепочку поставок материальной промышленности, снижает промышленные риски, вызванные истощением ресурсов, и соответствует концепции циркулярной экономики.
Уникальная производительность
Экологически чистые материалы из пшеницы обладают хорошими теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами, которые обусловлены ее внутренней пористой волокнистой структурой. Воздух заполняет его, образуя естественный барьер, который имеет значительные преимущества в области строительных изоляционных плит; при этом материал легкий по текстуре и имеет низкую относительную плотность, что снижает вес изделия и облегчает транспортировку и использование. Например, в области упаковки для аэрокосмической отрасли это снижает затраты, обеспечивая при этом защитные характеристики; кроме того, он также обладает определенными антибактериальными свойствами. Натуральные ингредиенты пшеничной соломы и пшеничных отрубей оказывают ингибирующее действие на рост некоторых микроорганизмов, продлевая срок годности продукта и имеют широкие перспективы в применении в упаковке пищевых продуктов.
4. Области применения пшеничных экологически чистых материалов.
Упаковочная промышленность
В сфере упаковки экологически чистые материалы из пшеницы постепенно вытесняют традиционную пластиковую упаковку. В плане одноразовой посуды тарелки, ланч-боксы, соломинки и т.п. из пшеничной соломы внешне похожи на пластик, но нетоксичны и безвкусны, не выделяют вредных химических веществ при нагревании, что обеспечивает потребности доставки еды. Некоторые крупные сетевые компании общественного питания начали пытаться продвигать их; в экспресс-упаковке для заполнения подкладки используются прокладочные материалы, конверты и картонные коробки из нее, которые обладают хорошими амортизирующими свойствами, защищают товар и в то же время поддаются разложению, уменьшая накопление экспресс-мусора. Платформы электронной коммерции и курьерские компании уже опробовали эту технологию, и ожидается, что она изменит систему «зеленой» логистической упаковки.
Текстильная промышленность
Целлюлозное волокно извлекается из пшеничной соломы и пшеничных отрубей и перерабатывается в новый тип текстильной ткани посредством специального процесса прядения. Этот тип ткани мягкий, приятный для кожи, дышащий и лучше впитывает влагу, чем чистый хлопок. Он сух и удобен в ношении, имеет естественный цвет и текстуру. Он имеет уникальную эстетическую ценность и применяется в сфере элитной моды и предметов интерьера. Некоторые модные бренды выпустили ограниченную серию одежды из пшеничного волокна, которая привлекла внимание рынка и придала импульс развитию устойчивой моды.
Строительная отрасль
Экологически чистые панели из пшеницы в качестве строительного изоляционного материала просты в установке, а изоляционный эффект сравним с эффектом традиционных полистироловых панелей, но без опасности воспламеняемости и выделения токсичных газов, что повышает пожаробезопасность зданий; в то же время они используются для внутренней отделки, например, в качестве декоративных панелей для стен и потолков, для создания естественной и теплой атмосферы, а также могут регулировать влажность в помещении, поглощать запахи и создавать здоровую среду обитания. В некоторых демонстрационных проектах экологического строительства они были приняты в больших количествах, что возглавило тенденцию использования экологически чистых строительных материалов.
Сельскохозяйственная сфера
В сельскохозяйственном производстве важную роль играют рассадные горшки и мульча из экологически чистых материалов пшеницы. Горшки для рассады могут естественным образом разлагаться, и нет необходимости снимать горшки при пересадке рассады, что позволяет избежать повреждения корней и повысить приживаемость пересадки; разлагаемая мульча покрывает сельскохозяйственные угодья, сохраняет влагу и повышает температуру, способствуя росту сельскохозяйственных культур, и разлагается сама после окончания вегетационного периода, не влияя на выращивание следующего урожая, решая проблему традиционных остатков пластиковой мульчи, загрязняющих почву и препятствующих сельскохозяйственным операциям, а также способствуя устойчивому развитию. развитие сельского хозяйства.
V. Проблемы, стоящие перед разработкой экологически чистых материалов из пшеницы
Технические узкие места
Несмотря на прогресс в исследованиях и разработках, технические трудности все еще существуют. Во-первых, оптимизация производительности материала. Что касается повышения прочности и водостойкости для удовлетворения сложных сценариев использования, существующие технологии не могут сбалансировать стоимость и производительность, что ограничивает расширение приложений высокого класса. Во-вторых, производственный процесс нестабильен, а колебания ингредиентов сырья в разных партиях приводят к неравномерному качеству продукции, что затрудняет достижение стандартизированного крупномасштабного производства, что влияет на доверие корпоративных инвестиций и продвижение на рынке.
Факторы стоимости
В настоящее время стоимость экологически чистых материалов из пшеницы выше, чем у традиционных материалов. На этапе сбора сырья солома рассыпается, радиус сбора большой, хранение затруднено, что увеличивает затраты на транспортировку и складирование; на этапе производства современное оборудование зависит от импорта, биологические ферментные препараты и реагенты для химической модификации дороги, и хотя потребление энергии при производстве относительно низкое, оно все же составляет значительную часть стоимости; на ранней стадии продвижения на рынок эффект масштаба не сформировался и себестоимость единицы продукции не может быть снижена. Он находится в невыгодном положении по сравнению с дешевыми традиционными материалами, что затрудняет выбор потребителям и предприятиям.
Осведомленность и признание рынка
Потребители уже давно привыкли к традиционным материалам и продуктам и имеют ограниченные знания об экологически чистых материалах из пшеницы. Они обеспокоены их долговечностью и безопасностью и не склонны покупать; со стороны предприятий они ограничены ценовыми и техническими рисками и с осторожностью относятся к переходу на новые материалы. В частности, малым и средним предприятиям не хватает средств и талантов на НИОКР, и за ними трудно следить вовремя; кроме того, перерабатывающая производственная цепочка недостаточно хорошо оснащена, а также не хватает профессиональных предприятий по переработке и переработке, что влияет на переработку отходов и, в свою очередь, сдерживает расширение первичного рынка материалов.
VI. Стратегии реагирования и возможности развития
Сотрудничество промышленности, университетов и исследований для прорыва в технологиях
Университеты, научно-исследовательские учреждения и предприятия должны тесно сотрудничать. Университеты должны в полной мере использовать свои преимущества в фундаментальных исследованиях и изучать новые механизмы модификации материалов и пути биотрансформации; научно-исследовательские учреждения должны сосредоточиться на оптимизации процессов и совместно с предприятиями проводить опытно-промышленное производство для решения проблем технической стабильности; предприятия должны предоставить средства и обратную связь с рынком для ускорения индустриализации результатов научных исследований, например, путем создания совместных центров исследований и разработок, а правительство должно найти партнеров и обеспечить политическую поддержку для продвижения технологических итераций и модернизации.
Политическая поддержка снижает затраты
Правительство ввело политику субсидирования для предоставления транспортных субсидий на сбор сырья для снижения затрат на логистику; производственная сторона предоставляет налоговые льготы для закупок оборудования и исследований и разработок новых технологий, чтобы стимулировать предприятия обновлять технологии; перерабатывающим предприятиям, использующим экологически чистые материалы из пшеницы, таким как упаковочные и строительные компании, предоставляются субсидии на экологические закупки, чтобы стимулировать рыночный спрос, а за счет поддержки всей производственной цепочки помочь снизить затраты и сократить ценовой разрыв с традиционными материалами.
Усилить пропаганду и повысить осведомленность
Использовать средства массовой информации, выставки и научно-популярные мероприятия для пропаганды преимуществ и вариантов применения экологически чистых материалов из пшеницы по нескольким каналам, демонстрации сертификации безопасности и долговечности продукции, а также устранения проблем потребителей; обеспечивать техническое обучение и руководство по трансформации предприятий, делиться успешным опытом и стимулировать корпоративный энтузиазм; установить отраслевые стандарты и системы идентификации продукции, стандартизировать рынок, облегчить потребителям и предприятиям идентификацию и доверие, создать хорошую промышленную экологию и использовать рыночные возможности зеленого потребления и устойчивого развития.
VII. Перспективы на будущее
Ожидается, что благодаря постоянным технологическим инновациям, постоянному совершенствованию политики и повышению осведомленности рынка экологически чистые материалы из пшеницы положат начало взрывному развитию. В будущем появятся высокоэффективные композитные пшеничные материалы, объединяющие преимущества различных натуральных и синтетических материалов и распространяющиеся на такие высокотехнологичные области, как автомобили и электроника; появятся интеллектуальные ощутимые пшеничные материалы, мониторинг окружающей среды и свежести продуктов в реальном времени, расширение возможностей «умной упаковки» и «умных домов»; Будут сформированы промышленные кластеры, и вся цепочка от выращивания сырья, переработки материалов до переработки продукции будет развиваться скоординированно, обеспечивая эффективное использование ресурсов и максимизацию промышленных выгод, становясь основной силой глобальной индустрии экологически чистых материалов и закладывая прочная материальная основа устойчивого процветания человеческого общества.
VIII. Заключение
Экологически чистые материалы из пшеницы, обладающие выдающимися экологическими, ресурсными и эксплуатационными преимуществами, показали широкие перспективы во многих областях. Хотя в настоящее время они сталкиваются со многими проблемами, такими как технологии, затраты и рынок, ожидается, что они преодолеют трудности благодаря согласованным усилиям всех сторон. Использование возможности энергичного развития не только разрешит экологический кризис, вызванный традиционными материалами, но также приведет к появлению новых зеленых отраслей промышленности, достигнет беспроигрышной ситуации экономического роста и защиты окружающей среды, откроет новую эру в области материалов и создать лучший экологический дом для будущих поколений.