Egy kiváló anyag, amiből mi magunk csinálunk gonosztevőt

2019.12.12. 21:14

A műanyagok helyzete leginkább a Jó, a Rossz és a Csúf című legendás westernfilm szereplőiéhez hasonlítható: a jó nem jobb, a rossz nem rosszabb, mint a másik kettő, és a csúf sem csúnyább a többieknél, a történet során pedig gyakran rajtuk kívülálló okok miatt kerülnek nehéz helyzetbe. Így van ez a polimerekkel is, amik nem rosszabbak a többi szerkezeti anyagnál, külső tényezők miatt mégis őket hibáztatjuk az egyre nagyobb problémát jelentő környezetszennyezésért. Arra a kérdésre, hogy miért lesz a jó műanyagból a rossz emberi hozzáállás miatt csúf hulladék, Czigány Tibor akadémikus, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Karának kutatója kereste a válaszokat akadémiai székfoglalóján.

Mit értünk pontosan műanyag alatt?

A szerkezeti anyagok három nagy csoportba sorolhatók, ezek a polimerek, fémek, kerámiák. Ők nem versenytársai, hanem kiegészítői egymásnak, mindennapi életünkben egyformán szükségünk van rájuk. A polimerek a szerves kémia olyan hosszúláncú vegyületei, amiket ismétlődő elemi egységek, úgynevezett monomerek építenek fel; lehetnek természetesek vagy mesterségesek, a műanyagok az utóbbiak közé tartoznak. Elmondhatjuk tehát, hogy minden műanyag polimer, de nem minden polimer műanyag.

A polimerek előnyeit már az ősember is kihasználta, igazi karrierjük azonban csak az első világháborút követően indult be. Nem véletlenül nélkülözhetetlenek, számos hasznos tulajdonságuk van: többek között kis sűrűségűek, nagy szilárdságúak, korrózióállók, ütésállóságuk kiváló, jól csillapítanak és szigetelnek, jelentős a vízálló-, valamint a vegyszerálló képességük, jól színezhetők, egyes típusai átlátszóak és a legkisebb ökológiai lábnyommal rendelkeznek. Legnagyobb előnyük mégis az, hogy elképesztő mérnöki szabadságot biztosítanak a szakembereknek; akár egy lépésben szinte tetszőleges méretű és alakú termék gyártható belőlük. Végül, de nem utolsósorban újrahasznosíthatók.

PVC – poli(vinil-klorid) - molekulaláncaForrás: NSP / Science Photo Library

Műanyag nélkül az élelmiszerellátás lehetetlenné válna

Felsorolni is nehéz, mi minden készül ebből a matériából. A műanyag ablakkeretek és hőszigetelő elemek épületeink energiaköltségét jelentősen csökkentik. Egész infrastruktúránk – víz, gáz, villany, csatornahálózat, telekommunikáció – a műanyag csőrendszereken keresztül működik. A mezőgazdasági alkalmazásoknak köszönhetően (pl. fóliasátrak, talajtakaró fóliák, tartályok, öntözőrendszerek) a termelékenység és a termény minősége többszörösére nőtt.

Műanyag csomagolások nélkül az élelmiszer-ellátásunk lehetetlenné válna, hiszen nekik köszönhetően akár két-háromszorosára nőhet a tejtermékek és a húsok eltarthatósági ideje. Az egészségügyben alkalmazott műanyag implantátumok, protézisek, rögzítőelemek (amelyek akár felszívódóak, vagy programozottan gyógyszerleadók is lehetnek) hozzájárulnak az emberek gyorsabb, kisebb fájdalommal járó gyógyulásához, nem beszélve az életmentő, az eredetit helyettesítő műanyag szervekről. Szigetelő képességük miatt az összes elektromos berendezésünkben, számítógépünkben, valamint mobiltelefonunkban ott vannak a műanyag alkatrészek; itt nemcsak az ütésálló burkolatokra kell gondolni, hanem az összes áramköri lapra.

Az utóbbi években a 3D-nyomtatók még nagyobb lendületet adtak a polimerek felhasználásának.

3D nyomtató működés közbenForrás: Science Photo Library/MICROGEN IMAGES/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Microgen Images/Science Photo Li

A műanyag, mint a fenntartható fejlődés záloga

Napjainkban egyre több üvegházhatású gáz kerül a levegőbe, ennek egyik legfőbb okozója maga a közlekedés: a repülők, autók, buszok, kamionok, hajók tonnaszámra bocsájtják ki magukból a káros anyagot. A környezeti terhelés mérséklését a könnyű műanyagokkal érhetjük el; a kisebb tömegű járművek kevesebb üzemanyagot fogyasztanak, és ezzel a szennyező gázok kibocsátása is csökken. A szélkerék, vagy a tengeri áramlatokat kihasználó hullámkerék lapátjait szintén a könnyebb műanyagszerkezet miatt mozgathatja a szél, illetve a víz. A napelemek ugyancsak ettől az anyagtól lehetnek flexibilisek, továbbá a biogázokat is műanyag tartályokban állítják elő.

NapelemekForrás: AFP/Mehdi Fedouach

Jöhetnek az önjavító szerkezetek

A BME kutatói az utóbbi időben azon dolgoznak, hogy ezeket a szerkezeti anyagokat többletfunkcióval is felruházzák. Az egyik fejlesztési irány a műanyagok egyfajta szenzorként való felhasználása. A különböző gépek anyagai sem örök életűek, egy idő után fáradnak, tönkremennek, ezeket a problémákat detektálnák idő előtt e különleges érzékelők. Ilyenek lehetnek például az üvegszálas műanyagokban az üvegszálak, amelyek a rajtuk átvezetett fény intenzitásváltozásából informálnak a feszültségállapotukról. Alkalmasak a feladatra a szénszálas műanyagokban a szénszálak is, amelyek elektromosan vezetők, így az ellenállás-változásuk arányos a szerkezet deformációjával.

Ugyancsak izgalmas kutatási terület az úgynevezett „öngyógyító" matériák készítése.

A szakemberek az emberi érrendszer mintájára üreges, a hajszálnál 10-szer kisebb átmérőjű erősítőszálakat alkalmaztak és töltöttek fel különböző folyadékokkal. A szálakban lévő folyadék UV-fényre érzékeny, azaz ha sérülés történik, a folyadék a kapilláris hatás következtében beszivárog a repedésbe, és a szabad szemmel nem érzékelhető károsodás láthatóvá válik egy UV lámpa segítségével. Amennyiben az üreges szálakba valamilyen öngyógyító folyadékot töltenek, a repedésfront által feltört szálakból kiszivárgó gyanta kitölti a repedéseket, részben vagy egészében kijavítva a sérülést.

IllusztrációForrás: Case Western Reserve University

Hasonlóan futurisztikusnak tűnnek a polimerekből előállított alakváltó kompozitok, amik a felhasználásnak megfelelően tudják formájukat folyamatosan változtatni, így hatékonyabb működést, kevesebb energiafelhasználást lehet velük elérni, tovább csökkentve a károsanyag-kibocsátást.

Az elektromos járműveinkben található lítium-ion polimer akkumulátorokban is speciális műanyag szeparátorlemez választja el az anódot és a katódot, aminek köszönhetően egyre kisebbek és nagyobb kapacitásúak az autókban található akkumulátorok, elősegítve ezzel az elektromos autózás elterjedését.

E csupán néhány példából látható, hogy a műanyagok számos módon könnyebbé és fenntarthatóvá tudják tenni az életünket, szignifikánsan csökkenthetik az ökológiai lábnyomot. Miért tekintünk mégis „ellenségként" erre a találmányra? Czigány Tibor szerint a hibát nem a polimerekben, hanem inkább önmagunkban kéne keresni.

Amit csak lehet, eldobálunk...

Kár lenne tagadni, elképesztő módon szemetelünk, továbbá hajlamosak vagyunk a műanyagokat kizárólag a felesleges csomagolóanyagokkal azonosítani, holott a műanyagoknak köszönhetően jut el nagy mennyiségű friss ivóvíz, élelmiszer és gyógyszer az elmaradott térségekbe, válik az energiatermelés sokkal hatékonyabbá és környezetbarátabbá, fejtette ki Czigány Tibor.

A másik nagy gond, hogy számos terméket feleslegesen „túlcsomagolunk". Ennek részben pszichológiai okai vannak: a többszörös csomagolástól biztonságosabbnak érezzük a portékát, de szintén minőségibbnek látszik az áru, ha szép, a kelleténél nagyobb, színes csomagolóanyagba bújtatják. Ez a magatartás vezet ahhoz, hogy elképesztő mennyiségű műanyaghulladék keletkezik. Az MTA kutatója szerint egyébként sok egyéb anyagfajta terheli a környezetet, a műanyag egyszerűen jobban látható ezeknél: a tengervíznél kisebb sűrűségű, így lebeg a vízfelszínen, míg a más anyagokból felépülő hulladékok a tenger fenekén, több száz, vagy akár több ezer méter mélyen lapulnak észrevétlenül.

A BME munkatársai alaposan tanulmányozták, az egyes környezeti tényezők (sós víz, napsugárzás) mennyire erodálják a tengeri műanyaghulladék állapotát. Anyagszerkezeti, technológiai és termékgyártási vizsgálataik alapján arra a meglepő felfedezésre jutottak, hogy – akárcsak a szárazföldi műanyagok – ezek a polimerek is újrahasznosíthatók, kiváló termékek gyárthatók belőlük, amivel nyersanyagot és energiát tudunk megspórolni.

Rengeteg árut csomagolunk be feleslegesen (illusztráció)Forrás: Hans Lucas/Amaury Cornu / Hans Lucas/Amaury Cornu

Mi a probléma a bioműanyagokkal?

Időnként felmerül az az ötlet is, hogy készítsünk mindent bioműanyagból, majd az idővel lebomlik, és megszűnik a baj. Czigány Tibor szerint viszont a helyzet nem ilyen egyszerű.

A kutató elmondása alapján a bioműanyagnak két igen hátrányos tulajdonsága van: az egyik a gyenge hőalaktartása, a másik a ridegsége. E jellemzők miatt nagyon körülményes különböző termékeket gyártani belőlük. Persze az előbb említett tényezőkön különböző adalékanyagok hozzáadásával javítani lehet. Kardinális kérdés azonban, pontosan mennyire könnyedén bomlanak le a bioműanyagok?

A válasz: attól függ; biopalackok bomlását figyelték, és azt találták, hogy bár a bioműanyag teljesen lebomlott, ehhez 90 százalékos páratartalom és 58 Celsius-fok kellett. Ha tehát az utcán vagy az erdőben eldobunk egy ilyen palackot, hiába bio, nem fog eltűnni.

Czigány Tibor azt is megemlítette, hogy a bio és a hagyományos műanyagok nem kompatibilisek egymással: ha keverednek, olyan anyag jön létre, amiből nagyon nehéz ismét terméket gyártani.

A kutató szerint természetesen mindez nem jelenti azt, hogy a bioműanyagokat el kell vetni. Éppen ellenkezőleg, ezek jelentik a jövőt, mert akár megújuló erőforrásból (pl. mezőgazdasági hulladék) is előállíthatók. Egyelőre azonban nem szabad egyedüli megoldásként tekinteni rájuk, ugyanúgy össze kell gyűjteni őket a további feldolgozáshoz, mint a hagyományos műanyagokat, amit ma sem teszünk.

BiopolimerekForrás: Science Photo Library/GIROSCIENCE/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Giroscience/Science Photo Librar

„Jegyezzük meg: nincs olyan, hogy eldobható műanyag!"

Megdöbbentő adat, de a statisztikák szerint Magyarországon 2018-ban minden egyes lakosra 126 liter palackozott víz fogyasztása jutott, amivel a világelsők közé kerültünk. Ezt a jelentős mennyiségű műanyagot egyrészt okosan kell kezelni, másrészt ne vásároljunk feleslegesen, hiszen Magyarországon a csapvíz kiváló minőségű! Ha esetleg már megvettük a palackot, akkor használjuk újra és újra, amikor pedig már végképp nincs rá szükségünk, gyűjtsük szelektíven. Ezt természetesen könnyebb mondani, mint megtenni, éppen ezért fontos, hogy a szelektív hulladékgyűjtést jobban a köztudatba emeljük; már gyerekkorban irányítsuk rá a figyelmet, hogy minél alaposabban, hatékonyabban rögzüljön.

Nagy probléma a köztudatba bekerült >>eldobható műanyag<< szóösszetétel, ami egyenesen káros és káromkodássá kéne nyilvánítani" - emelte ki az akadémikus, aki szerint semmi sem hajítható el. Mostantól hívjuk a műanyagot >>újrahasznosítható műanyagnak<<, így belekerül a nevébe, hogy mit kell vele tenni: újrahasznosítani, vagyis szelektíven gyűjteni" – mondta Czigány Tibor.

Amíg nem változik az emberiség mentalitása, a helyzet sem fog javulniForrás: Biosphoto/Pierre Huguet / Biosphoto/Pierre Huguet

Mi minden készülhet az újrahasznosított hulladékból? Gyakorlatilag ugyanazok előállíthatók belőle, mint a normál műanyagból. Az ilyen alapanyagokból készített termékek száma sajnos továbbra is elenyésző, ami Czigány Tibor szerint arra vezethető vissza, hogy még nem sikerült mindennapjaink részévé tenni a szelektív gyűjtés szokását. A szakember emiatt kiemelte, olyan szabályokra, törvényekre lenne szükség (pl. betétdíjas rendszer), amik betarthatók és kellően motiválók.

Középiskolások és akadémikusok találkozója

Az akadémiai székfoglalón közel 300 középiskolás is részt vett a Magyar Műanyagipari Szövetség jóvoltából. Az eseményt az „Ebédelj akadémikussal" program követte, amelyen 17 akadémikus várta érdekes műszaki- és természettudományos témákkal, valamint bemutató eszközökkel a jelenlévőket.