TK生物基材料报道,生物基材料作为材料界冉冉升起的新星下属幅员辽阔,不仅有传统石油基塑料的替代品,如生物基PE、PET、PP等产品。也包括了PHA、PLA等一系列新型生物基可降解材料。
Nova机构2020年出台的生物塑料产能统计分析
优先选用生物基材料已成为众多品牌的共同选择,如阿迪达斯、耐克、Allbirds等鞋类品牌纷纷换用生物基材料。而生物基尼龙、纺丝等产品也层出不穷。
除全生物基产品外,部分生物基材料也是生物基产品的重要组成之一。如生物基复合材料,将植物纤维等天然材料与石油基塑料共混。
那么在外观与使用性能上和传统材料无明显差异的生物基材料,是怎样被识别出来的,产品中的生物基材料含量该如何检测?目前产品的生物基含量认证主要有两种方法:
1.质量平衡法,通过计算最终产品中的原料来源,推算出生产单位产品所需石油基/生物基原料的质量比例,来计算出单位产品的生物基含量。如常见的PBAT降解膜袋,假设其原料组分为:40%PBAT+30%PLA+30%淀粉,那么即可得出产品的生物基含量为60%,即 30%PLA+30%淀粉。但质量平衡法计算出的结果,更多是产品的定性分析,结果并不精确,难以对产品的生物基含量做出准确检测。
2.生物基含量检测,生物基含量检测,通过对产品中碳十四元素含量的检测,能够得出更精确的检测结果。目前,已被各个国家列入测试方法。本文将重点介绍。
关于生物基产品的认证,美国农业部推出了专门的生物基产品认证标识。
美国农业部签发的生物基产品证明
美国农业部的生物基产品标识标明了产品具体的生物基含量,使用了ASTM D6866 生物基含量计算方法,计算产品中总有机碳含量。
ASTM D6866在美国被开发为一种标准化的测试,使用放射性碳测试来确定固体,液体,气体样品的生物基含量。具体地说,它是应美国农业部的要求,对于在其产品中使用最大生物基材料的制造商提供优先购买权(根据农业保障和2002年农村投资法案)——Biopreferred。
此后放射性碳测试很快就被确立为测定产品生物基含量唯一可行的、准确的技术。
ASTM D6866测试标准于2004年首次发布,后续又有几个版本发布。当前此标准的有效版本是ASTM D6866-21,于2021年1月开始生效。
1.放射性碳,碳14半衰期检测技术
放射性碳测年技术对现代人类产生了重要影响,成为20世纪最重大的发现之一。没有其他科学方法能像放射性碳测年技术那样不仅彻底改变了人类对现在的认识,而且彻底改变了人类对数千年前已经发生事件的认识。
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考古学和其他人文科学使用放射性碳测年证明或反驳各种理论。多年来,碳14测年也被发现应用于地质学、水文学、地球物理学、大气科学、海洋学、古气候学,甚至生物医学领域。
那么,什么是放射性碳?
放射性碳或碳14(也写成14C),是一个不稳定的和弱放射性碳同位素。碳14微量存在于里所有活的物质中。它具有弱放射性,经过衰变之后逐渐减少,直到含量几乎接近于零。放射性碳定年测定法通过测定物质中碳14的含量,来测定最后一次还活着的某物(或某人)距离当前的时间。
对于活着的生命体来说,他们通过与外部大气保持连接,吸收了大气中相对稳定的C14,因此,活着的动植物与周围空气中的碳14含量是相同的。
而当植物或动物停止进食,碳14的摄入停止下来,碳14的平衡就被破坏了。此时,通过测定物质内碳14的浓度,就能够得到它的衰变次数。
碳14的半衰期指经放射性衰变含量衰变为原始含量一半所需要时间。这个半衰期约为5700年,意味着每5700年化石中的碳14数量将只有5700年前的一半。
这也意味着,如果一个死去的植物有相比一个活性植物50%的碳14含量,那么就可以推算出,该植物的存活时间大概在5700年前。
而时间继续延长,到50000年后,化石不会有任何放射性碳存在。碳14将在放射性衰变时彻底消失。当一个放射性碳年代测定法实验室发现化石中不含任何的碳14,即可知道化石有50000多年的历史。石油化石材料和恐龙骨骼,都不再含有碳14。
因此,如果是化石材料与生物基材料混合的产品,化石中不含有碳14,而生物基材料中碳14含量与大气中碳14含量相当,通过比例关系就能够算出产品中有多少生物基成分,有多少石油基成分。
2.ASTM D6866 的意义
公司可以通过两种方式从他们的ASTM D6866 实验室结果中受益。如,在碳中和系统下,他们可以使用测试结果来支持他们减少温室气体库存。对于那些在实施限额与交易计划的国家中的公司,ASTM D6866 结果可以帮助他们获得更多的碳信用额。
例如,一家拥有燃烧 50% 秸秆和 50% 煤炭的混燃工厂的公司可以将其温室气体库存减少 50%。燃烧秸秆产生的二氧化碳排放是碳中性的,可以从公司的温室气体清单中扣除。
如果在其本国建立了限额和交易系统,则降低的排放水平有助于公司遵守法规并获得碳信用额。
同时,欧洲各国对产品的生物基含量做出了更严格的要求,要求产品中再生料或生物基材料含量必须达到一定标准。这些都成为产品生物基含量,及其检测的必要条件。生物基含量将成欧盟市场硬性要求?不达标的PBAT不让用了?生物基BDO乘势崛起
目前ASTM D6866 现在用于验证非均质燃料的生物(生物质)部分及其二氧化碳排放量,符合温室气体协议的要求。该方法已被纳入美国、澳大利亚和欧洲的报告协议中。ASTM D6866 的一个变体用于监测欧盟排放交易计划的垃圾衍生燃料。
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