Odată cu îmbunătățirea continuă a conștientizării globale a protecției mediului și a cererii din ce în ce mai urgente pentru dezvoltare durabilă, materialele tradiționale se confruntă cu multe provocări, iar materialele ecologice din grâu au apărut ca un material emergent pe bază de bio. Acest articol detaliază caracteristicile, cercetarea și dezvoltarea și starea de producție a materialelor de grâu ecologice, analizează în profunzime perspectivele de aplicare a acestuia în ambalaje, textile, construcții, agricultură și alte domenii și explorează oportunitățile și provocările cu care se confruntă, așteaptă cu nerăbdare tendințele de dezvoltare viitoare. , care urmărește să ofere o referință cuprinzătoare pentru practicienii, cercetătorii și factorii de decizie din industrie relevanți și să contribuie la promovarea aplicării pe scară largă și a modernizării industriale a materialelor ecologice din grâu.
1. Introducere
În epoca actuală, problemele de mediu au devenit unul dintre factorii cheie care limitează dezvoltarea societății umane. Materialele tradiționale precum materialele plastice și fibrele chimice au cauzat o serie de probleme grave, cum ar fi deficitul de resurse, consumul ridicat de energie și poluarea albă în timpul producției, utilizării și tratarii deșeurilor. În acest context, este urgent să găsim materiale alternative regenerabile, degradabile și prietenoase cu mediul. Fiind o cultură alimentară importantă cultivată pe scară largă în lume, s-a constatat că subprodusele de grâu din procesul de prelucrare, cum ar fi paiele de grâu și tărâțele de grâu, au un potențial uriaș de dezvoltare a materialului. Materialele de grâu ecologice transformate prin tehnologii inovatoare apar treptat și se așteaptă să remodeleze mai multe modele industriale.
2. Prezentare generală agrâu materiale ecologice
Sursele și ingredientele materiilor prime
Materialele ecologice din grâu sunt derivate în principalpaie de grauși tărâțe. Paiele de grâu sunt bogate în celuloză, hemiceluloză și lignină, iar acești polimeri naturali oferă suport structural de bază pentru material. Celuloza are caracteristicile de rezistență ridicată și cristalinitate ridicată, ceea ce conferă duritate materialului; hemiceluloza este relativ ușor de degradat și poate îmbunătăți performanța de procesare; lignina sporește rigiditatea și rezistența la apă a materialului. Tărâțele de grâu sunt bogate în fibre alimentare, proteine ​​și o cantitate mică de grăsimi, minerale etc., care pot suplimenta deficiența componentelor de paie și pot optimiza performanța materialului, cum ar fi îmbunătățirea flexibilității și a proprietăților de suprafață, făcându-l mai potrivit pentru tehnologia de procesare diversificată. .
Proces de pregătire
În prezent, procesul de preparare a materialelor de grâu ecologice acoperă metode fizice, chimice și biologice. Metodele fizice, cum ar fi zdrobirea mecanică și turnarea prin presare la cald, care zdrobesc paiele și apoi le modelează la temperatură ridicată și presiune înaltă, sunt simplu de utilizat și costuri reduse. Ele sunt adesea folosite pentru a pregăti produse primare, cum ar fi vesela și farfurii de unică folosință; metodele chimice includ reacții de esterificare și eterificare, care utilizează reactivi chimici pentru a modifica structura moleculară a materiilor prime pentru a îmbunătăți aderența și rezistența la apă a materialelor pentru a îndeplini cerințele mai mari pentru ambalaje și aplicații textile, dar există riscul de reziduuri de reactivi chimici; metodele biologice folosesc microorganisme sau enzime pentru a degrada și transforma materiile prime. Procesul este verde și blând și pot fi preparate materiale fine cu valoare adăugată ridicată. Cu toate acestea, ciclul lung de fermentație și costul ridicat al preparatelor enzimatice limitează aplicațiile pe scară largă, iar majoritatea se află în stadiul de cercetare și dezvoltare de laborator.
3. Avantajele grâului materialelor ecologice
Prietenia mediului
Din perspectiva evaluării ciclului de viață, materialele ecologice din grâu și-au arătat avantajele. Procesul său de creștere a materiei prime absoarbe dioxidul de carbon și eliberează oxigen, ceea ce ajută la atenuarea efectului de seră; procesul de producție are un consum redus de energie, ceea ce reduce mult dependența de energia fosilă în comparație cu sinteza plasticului pe bază de petrol; tratarea deșeurilor după utilizare este simplă și poate fi biodegradată rapid în mediul natural, descompunându-se în general în apă inofensivă, dioxid de carbon și humus în câteva luni până la câțiva ani, rezolvând eficient problemele de mediu, cum ar fi poluarea solului și blocarea apei. cauzate de „necoroziunea de o sută de ani” a materialelor plastice tradiționale.
Reînnoirea resurselor
Ca cultură anuală, grâul este plantat pe scară largă și are o producție globală uriașă în fiecare an, care poate furniza continuu și stabil suficiente materii prime pentru pregătirea materialului. Spre deosebire de resursele neregenerabile precum petrolul și cărbunele, atâta timp cât producția agricolă este planificată în mod rezonabil, materiile prime din grâu sunt aproape inepuizabile, ceea ce asigură lanțul de aprovizionare pe termen lung al industriei materialelor, reduce riscurile industriale cauzate de epuizarea resurselor și conformă conceptului de economie circulară.
Performanță unică
Materialele ecologice din grâu au proprietăți bune de izolare termică și de izolare fonică, care sunt derivate din structura sa internă de fibre poroase. Aerul îl umple pentru a forma o barieră naturală, care are avantaje semnificative în domeniul construcțiilor plăci termoizolante; in acelasi timp, materialul este usor ca textura si are o densitate relativa scazuta, ceea ce reduce greutatea produsului si faciliteaza transportul si utilizarea. De exemplu, în domeniul ambalajelor aerospațiale, reduce costurile asigurând în același timp performanțe de protecție; in plus, are si anumite proprietati antibacteriene. Ingredientele naturale din paiele de grâu și tărâțele de grâu au un efect inhibitor asupra creșterii unor microorganisme, prelungind perioada de valabilitate a produsului și au perspective largi în aplicațiile de ambalare a alimentelor.
4. Domenii de aplicare ale grâului materiale ecologice
Industria ambalajelor
În domeniul ambalajelor, materialele ecologice din grâu înlocuiesc treptat ambalajele tradiționale din plastic. În ceea ce privește vesela de unică folosință, farfuriile, cutiile de prânz, paiele etc. din paie de grâu sunt asemănătoare ca aspect cu plasticul, dar sunt netoxice și lipsite de gust și nu eliberează substanțe chimice nocive atunci când sunt încălzite, satisfacând nevoile livrării alimentelor. Unele companii mari de catering din lanțuri au început să încerce să le promoveze; în ambalajele expres, materialele de amortizare, plicurile și cutiile din acesta sunt folosite pentru a umple căptușeala, care are performanțe bune de amortizare, protejează mărfurile și este degradabilă în același timp, reducând acumularea de gunoi expres. Platformele de comerț electronic și companiile expres l-au pilotat și este de așteptat să remodeleze sistemul de ambalare a logisticii ecologice.
Industria textila
Fibra de celuloză este extrasă din paie de grâu și tărâțe de grâu și procesată într-un nou tip de țesătură textilă printr-un proces special de filare. Acest tip de material este moale și prietenos cu pielea, respirabil și are o absorbție mai bună a umezelii decât bumbacul pur. Este uscat și confortabil de purtat și are propria sa culoare și textura naturală. Are o valoare estetică unică și a apărut în domeniile modei de ultimă generație și a mobilierului pentru casă. Unele mărci de modă au lansat îmbrăcăminte din fibre de grâu ediție limitată, care a atras atenția pieței și a injectat vitalitate în dezvoltarea modei durabile.
Industria constructiilor
Ca material de izolare a clădirilor, panourile ecologice din grâu sunt ușor de instalat, iar efectul de izolare este comparabil cu cel al panourilor tradiționale din polistiren, dar fără pericolele de inflamabilitate și de eliberare a gazelor toxice ale acestora din urmă, îmbunătățind siguranța la incendiu a clădirilor; în același timp, sunt folosite pentru decorarea interioară, cum ar fi panourile decorative de perete și tavanele, pentru a crea o atmosferă naturală și caldă și pot, de asemenea, să ajusteze umiditatea interioară, să absoarbă mirosurile și să creeze un mediu de viață sănătos. Unele proiecte demonstrative de construcții ecologice le-au adoptat în cantități mari, conducând tendința materialelor de construcție ecologice.
Domeniul agricol
În producția agricolă, ghivecele pentru răsaduri și mulci din grâu materiale ecologice joacă un rol important. Ghivecele pentru răsaduri pot fi degradate în mod natural și nu este nevoie să îndepărtați ghivecele la transplantarea răsadurilor, evitând deteriorarea rădăcinilor și îmbunătățind rata de supraviețuire la transplantare; mulciul degradabil acoperă terenurile agricole, reține umiditatea și crește temperatura pentru a promova creșterea culturilor și se descompune după încheierea sezonului de vegetație, fără a afecta cultivarea următoarei culturi, rezolvând problema reziduurilor tradiționale de mulci din plastic care poluează solul și împiedică operațiunile agricole și promovând dezvoltarea agriculturii.
V. Provocări cu care se confruntă dezvoltarea grâului de materiale ecologice
Blocajele tehnice
În ciuda progresului în cercetare și dezvoltare, dificultăți tehnice încă există. În primul rând, optimizarea performanței materialelor. În ceea ce privește îmbunătățirea rezistenței și a rezistenței la apă pentru a îndeplini scenarii complexe de utilizare, tehnologiile existente nu pot echilibra costul și performanța, ceea ce limitează extinderea aplicațiilor de vârf. În al doilea rând, procesul de producție este instabil, iar fluctuația ingredientelor materiilor prime în diferite loturi duce la o calitate neuniformă a produsului, ceea ce face dificilă realizarea unei producții standardizate la scară largă, afectând încrederea investițiilor corporative și promovarea pieței.
Factori de cost
În prezent, costul materialelor de grâu ecologice este mai mare decât cel al materialelor tradiționale. În etapa de colectare a materiei prime, paiele sunt împrăștiate, raza de colectare este mare, iar depozitarea este dificilă, ceea ce crește costurile de transport și depozitare; în etapa de producție, echipamentele avansate se bazează pe importuri, preparatele de enzime biologice și reactivii de modificare chimică sunt scumpe și, deși consumul de energie de producție este relativ scăzut, acesta reprezintă totuși o mare parte din cost; în stadiul incipient al promovării pieței, efectul de scară nu a fost format, iar costul unitar al produsului nu poate fi redus. Este dezavantajat în concurența cu materialele tradiționale cu preț scăzut, ceea ce împiedică consumatorii și întreprinderile să aleagă.
Conștientizarea și acceptarea pieței
Consumatorii au fost de mult obișnuiți cu materialele și produsele tradiționale și au cunoștințe limitate despre materialele ecologice din grâu. Sunt îngrijorați de durabilitatea și siguranța lor și au puțină dorință de a cumpăra; din partea întreprinderii, aceștia sunt limitati de costuri și riscuri tehnice și sunt precauți cu privire la transformarea în materiale noi. În special, întreprinderile mici și mijlocii nu au fonduri și talente pentru cercetare și dezvoltare și este dificil de urmărit în timp; în plus, lanțul industrial din aval nu este bine echipat și există o lipsă de instalații profesionale de reciclare și tratare, ceea ce afectează reciclarea deșeurilor și, la rândul său, inhibă extinderea pieței front-end a materialelor.
VI. Strategii de răspuns și oportunități de dezvoltare
Cooperare industrie-universitate-cercetare pentru a trece prin tehnologie
Universitățile, instituțiile de cercetare științifică și întreprinderile ar trebui să colaboreze îndeaproape. Universitățile ar trebui să pună pe deplin avantajele lor în cercetarea de bază și să exploreze noi mecanisme de modificare a materialelor și căi de biotransformare; instituțiile de cercetare științifică ar trebui să se concentreze pe optimizarea proceselor și să desfășoare în comun producție pilot cu întreprinderi pentru a depăși problemele de stabilitate tehnică; întreprinderile ar trebui să ofere fonduri și feedback pe piață pentru a accelera industrializarea rezultatelor cercetării științifice, cum ar fi înființarea de centre comune de cercetare și dezvoltare, iar guvernul ar trebui să se potrivească și să ofere sprijin pentru politici pentru a promova iterația și modernizarea tehnologică.
Sprijinul politicilor reduce costurile
Guvernul a introdus politici de subvenții pentru a oferi subvenții de transport pentru colectarea materiilor prime pentru a reduce costurile de logistică; partea de producție oferă scutiri de taxe pentru achizițiile de echipamente și cercetarea și dezvoltarea de noi tehnologii pentru a încuraja întreprinderile să actualizeze tehnologia; Întreprinderile din aval care utilizează materiale ecologice din grâu, cum ar fi companiile de ambalare și construcții, beneficiază de subvenții pentru achiziții ecologice pentru a stimula cererea de pe piață și, prin sprijinul întregului lanț industrial, contribuie la reducerea costurilor și la reducerea decalajului de preț cu materialele tradiționale.
Întăriți publicitatea și sporiți gradul de conștientizare
Utilizați mass-media, expoziții și activități științifice de popularitate pentru a face publice avantajele și cazurile de aplicare ale materialelor ecologice din grâu prin mai multe canale, afișați certificarea siguranței și durabilității produselor și eliminați preocupările consumatorilor; să ofere instruire tehnică și îndrumări de transformare pentru întreprinderi, să împărtășească experiențe de succes și să stimuleze entuziasmul corporativ; stabilește standarde industriale și sisteme de identificare a produselor, standardizează piața, facilitează identificarea și încrederea consumatorilor și întreprinderilor, creează o ecologie industrială bună și profită de oportunitățile de piață pentru consumul verde și dezvoltarea durabilă.
VII. Perspectivele viitoare
Cu inovarea tehnologică continuă, îmbunătățirea continuă a politicilor și gradul de conștientizare îmbunătățit al pieței, se așteaptă ca materialele ecologice din grâu să inaugureze o dezvoltare explozivă. În viitor vor lua naștere materiale compozite de grâu de înaltă performanță, integrând avantajele diverselor materiale naturale sau sintetice și extinzându-se în domenii high-tech precum automobile și electronice; vor apărea materiale inteligente de grâu perceptibile, monitorizarea în timp real a mediului și a prospețimii alimentelor, abilitarea ambalajelor inteligente și a caselor inteligente; se vor forma clustere industriale, iar întregul lanț de la plantarea materiilor prime, procesarea materialelor până la reciclarea produselor se va dezvolta într-o manieră coordonată, realizând o utilizare eficientă a resurselor și maximizând beneficiile industriale, devenind forța de bază a industriei globale a materialelor verzi și stabilind un fundație materială solidă pentru prosperitatea durabilă a societății umane.
VIII. Concluzie
Materialele ecologice din grâu, cu avantajele lor remarcabile de mediu, resurse și performanță, au arătat perspective largi în multe domenii. Deși în prezent se confruntă cu multe provocări, cum ar fi tehnologia, costurile și piața, se așteaptă ca aceștia să treacă peste dificultăți prin eforturile concertate ale tuturor părților. Valorificarea oportunității de a se dezvolta energic nu numai că va rezolva criza de mediu provocată de materialele tradiționale, dar va da și naștere industriilor verzi emergente, va realiza o situație câștigătoare de creștere economică și de protecție a mediului, va deschide o nouă eră în domeniul materiale și creați o casă ecologică mai bună pentru generațiile viitoare.