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TK生物基材料報道,生物基材料作為材料界冉冉升起的新星下屬幅員遼闊,不僅有傳統石油基塑料的替代品,如生物基PE、PET、PP等產品。也包括了PHA、PLA等一系列新型生物基可降解材料。

Nova機構2020年出台的生物塑料產能統計分析

優先選用生物基材料已成為眾多品牌的共同選擇,如阿迪達斯、耐克、Allbirds等鞋類品牌紛紛換用生物基材料。而生物基尼龍、紡絲等產品也層出不窮。

除全生物基產品外,部分生物基材料也是生物基產品的重要組成之一。如生物基複合材料,將植物纖維等天然材料與石油基塑料共混。

那麼在外觀與使用性能上和傳統材料無明顯差異的生物基材料,是怎樣被識別出來的,產品中的生物基材料含量該如何檢測?目前產品的生物基含量認證主要有兩種方法:

1.質量平衡法,通過計算最終產品中的原料來源,推算出生產單位產品所需石油基/生物基原料的質量比例,來計算出單位產品的生物基含量。如常見的PBAT降解膜袋,假設其原料組分為:40%PBAT+30%PLA+30%澱粉,那麼即可得出產品的生物基含量為60%,即 30%PLA+30%澱粉。但質量平衡法計算出的結果,更多是產品的定性分析,結果並不精確,難以對產品的生物基含量做出準確檢測。

2.生物基含量檢測,生物基含量檢測,通過對產品中碳十四元素含量的檢測,能夠得出更精確的檢測結果。目前,已被各個國家列入測試方法。本文將重點介紹。

關於生物基產品的認證,美國農業部推出了專門的生物基產品認證標識。

美國農業部簽發的生物基產品證明

美國農業部的生物基產品標識標明了產品具體的生物基含量,使用了ASTM D6866 生物基含量計算方法,計算產品中總有機碳含量。

ASTM D6866在美國被開發為一種標準化的測試,使用放射性碳測試來確定固體,液體,氣體樣品的生物基含量。具體地說,它是應美國農業部的要求,對於在其產品中使用最大生物基材料的製造商提供優先購買權(根據農業保障和2002年農村投資法案)——Biopreferred。

此後放射性碳測試很快就被確立為測定產品生物基含量唯一可行的、準確的技術。

ASTM D6866測試標準於2004年首次發布,後續又有幾個版本發布。當前此標準的有效版本是ASTM D6866-21,於2021年1月開始生效。

1.放射性碳,碳14半衰期檢測技術

放射性碳測年技術對現代人類產生了重要影響,成為20世紀最重大的發現之一。沒有其他科學方法能像放射性碳測年技術那樣不僅徹底改變了人類對現在的認識,而且徹底改變了人類對數千年前已經發生事件的認識。

考古學和其他人文科學使用放射性碳測年證明或反駁各種理論。多年來,碳14測年也被發現應用於地質學、水文學、地球物理學、大氣科學、海洋學、古氣候學,甚至生物醫學領域。


那麼,什麼是放射性碳?

放射性碳或碳14(也寫成14C),是一個不穩定的和弱放射性碳同位素。碳14微量存在於里所有活的物質中。它具有弱放射性,經過衰變之後逐漸減少,直到含量幾乎接近於零。放射性碳定年測定法通過測定物質中碳14的含量,來測定最後一次還活着的某物(或某人)距離當前的時間。

對於活着的生命體來說,他們通過與外部大氣保持連接,吸收了大氣中相對穩定的C14,因此,活着的動植物與周圍空氣中的碳14含量是相同的。

而當植物或動物停止進食,碳14的攝入停止下來,碳14的平衡就被破壞了。此時,通過測定物質內碳14的濃度,就能夠得到它的衰變次數。

碳14的半衰期指經放射性衰變含量衰變為原始含量一半所需要時間。這個半衰期約為5700年,意味着每5700年化石中的碳14數量將只有5700年前的一半。

這也意味着,如果一個死去的植物有相比一個活性植物50%的碳14含量,那麼就可以推算出,該植物的存活時間大概在5700年前。

而時間繼續延長,到50000年後,化石不會有任何放射性碳存在。碳14將在放射性衰變時徹底消失。當一個放射性碳年代測定法實驗室發現化石中不含任何的碳14,即可知道化石有50000多年的歷史。石油化石材料和恐龍骨骼,都不再含有碳14。

因此,如果是化石材料與生物基材料混合的產品,化石中不含有碳14,而生物基材料中碳14含量與大氣中碳14含量相當,通過比例關係就能夠算出產品中有多少生物基成分,有多少石油基成分。

2.ASTM D6866 的意義

公司可以通過兩種方式從他們的ASTM D6866 實驗室結果中受益。如,在碳中和系統下,他們可以使用測試結果來支持他們減少溫室氣體庫存。對於那些在實施限額與交易計劃的國家中的公司,ASTM D6866 結果可以幫助他們獲得更多的碳信用額。

例如,一家擁有燃燒 50% 秸稈和 50% 煤炭的混燃工廠的公司可以將其溫室氣體庫存減少 50%。燃燒秸稈產生的二氧化碳排放是碳中性的,可以從公司的溫室氣體清單中扣除。

如果在其本國建立了限額和交易系統,則降低的排放水平有助於公司遵守法規並獲得碳信用額。

同時,歐洲各國對產品的生物基含量做出了更嚴格的要求,要求產品中再生料或生物基材料含量必須達到一定標準。這些都成為產品生物基含量,及其檢測的必要條件。生物基含量將成歐盟市場硬性要求?不達標的PBAT不讓用了?生物基BDO乘勢崛起

目前ASTM D6866 現在用於驗證非均質燃料的生物(生物質)部分及其二氧化碳排放量,符合溫室氣體協議的要求。該方法已被納入美國、澳大利亞和歐洲的報告協議中。ASTM D6866 的一個變體用於監測歐盟排放交易計劃的垃圾衍生燃料。

ASTM D6866官方網站:

https://www.astm.org/Standards/D6866.htm

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