Amerykańscy naukowcy twierdzą, że nowe tworzywo sztuczne wytworzone z CBD dorównuje kluczowym właściwościom technicznym politereftalanu etylenu (PET) – najczęściej stosowanego na świecie tworzywa do produkcji opakowań – co wskazuje na potencjalny nowy rynek przemysłowy dla konopi.
Naukowcy z Purdue College i College of Connecticut stwierdzili, że materiał ten, znany jako węglan polikanabidiolu (pCBDC), łączy w sobie odporność na wysoką temperaturę, wytrzymałość i właściwości przetwórcze porównywalne z PET, a jednocześnie opiera się głównie na odnawialnych surowcach pochodzenia roślinnego.
Badanie zostało opublikowane w recenzowanym czasopiśmie „Chem Circularity”, wydawanym przez Cell Press i publikowanym przez Elsevier.
Wyniki te są istotne, ponieważ zastąpienie PET – sektora wycenianego na około 40 miliardów dolarów na całym świecie – okazało się trudne pomimo wieloletnich badań nad tworzywami sztucznymi pochodzenia biologicznego. PET jest szeroko stosowany w butelkach, foliach opakowaniowych, tekstyliach i zastosowaniach przemysłowych, ponieważ łączy w sobie stosunkowo niski koszt z wysoką wytrzymałością, odpornością na ciepło i elastycznością produkcji. Większość odnawialnych alternatyw poświęca jedną lub więcej z tych właściwości.
Naukowcy poinformowali, że polimer pochodzący z konopi zawiera około 92% składników pochodzenia biologicznego i może być wytwarzany bezpośrednio z CBD bez wielu etapów przemian chemicznych wymaganych w przypadku wielu innych tworzyw sztucznych pochodzenia biologicznego.
Zastąpienie PET
Testy laboratoryjne wykazały, że materiał ten charakteryzuje się odpornością na wysoką temperaturę podobną do PET. Folie wykonane z tego polimeru osiągnęły również wytrzymałość i sztywność porównywalną z PET, co sugeruje, że może on sprawdzić się w wielu takich samych zastosowaniach.
Materiał wykazał również niezwykle wysoką rozciągliwość podczas przetwarzania, co jest cechą, która ograniczała wiele wcześniejszych alternatyw dla PET pochodzenia biologicznego. Naukowcy stwierdzili, że pCBDC może konkurować z PET, polistyrenem i tworzywami akrylowymi w zastosowaniach od opakowań i włókien po podłoża elektroniczne i materiały izolacyjne.
Dopasowanie do łańcucha wartości
Dla przemysłu konopnego badania wskazują na potencjalny, wysokowartościowy rynek zbytu dla CBD, który jest w dużej mierze oddzielony od rynków spożywczego, nutraceutycznego i farmaceutycznego – gdzie związek ten napotyka coraz bardziej rygorystyczne ograniczenia w wielu częściach świata.
Autorzy zauważyli, że CBD można ekstrahować z konopi i wykorzystać bezpośrednio jako budulec polimerowy bez wcześniejszej modyfikacji chemicznej. Mogłoby to zmniejszyć liczbę etapów przetwarzania i związane z tym emisje w porównaniu z niektórymi innymi biotworzywami.
Praca ta wpisuje się również w szersze wysiłki na rzecz opracowania surowców niespożywczych do produkcji zaawansowanych materiałów. Chociaż furanian polietylenu (PEF), kolejne pojawiające się tworzywo sztuczne pochodzenia biologicznego, jest często wymieniane jako wiodący zamiennik PET, jego produkcja opiera się na cukrach pochodzących z upraw rolnych. Naukowcy twierdzą, że CBD pochodzące z konopi stanowi alternatywę, która pozwala uniknąć bezpośredniej konkurencji z łańcuchami dostaw żywności.
Wyzwanie związane z kosztami
Badanie wykazuje raczej wykonalność techniczną niż gotowość komercyjną, przyznając, że CBD pozostaje znacznie droższe niż surowce petrochemiczne wykorzystywane do produkcji konwencjonalnych materiałów PET.
Autorzy sugerują, że materiał ten prawdopodobnie najpierw znajdzie zastosowanie w produktach o wyższej wartości, gdzie koszty żywicy stanowią stosunkowo niewielką część całkowitych kosztów produktu – w elektronice specjalistycznej, zaawansowanych foliach i materiałach technicznych, gdzie wymogi zrównoważonego rozwoju uzasadniają wyższą cenę. Autorzy sugerują, że opłacalność ekonomiczna wzrosłaby, gdyby ceny CBD nadal spadały.
Brak kontekstu
Zespół badawczy nie przeprowadził pełnej oceny cyklu życia ani analizy techniczno-ekonomicznej, zauważając, że takie oceny wymagałyby założeń dotyczących przyszłej produkcji konopi, cen CBD, odzysku rozpuszczalników i skali produkcji. W rezultacie korzyści środowiskowe i ekonomiczne pCBDC pozostają na tym etapie w dużej mierze teoretyczne.
Polimer został również wyprodukowany przy użyciu trifosgenu, substancji chemicznej powszechnie stosowanej w laboratoryjnej produkcji polimerów. Chociaż autorzy podkreślili, że związek ten jest w pełni zużywany podczas produkcji i stwierdzili, że trwają prace nad bardziej ekologicznymi metodami produkcji, komercjalizacja na dużą skalę wymagałaby dalszej optymalizacji procesu.
Zespół badawczy stwierdził, że przyszłe prace będą koncentrować się na bardziej zrównoważonych metodach produkcji, w tym na procesach opartych na półproduktach pochodzących z dwutlenku węgla oraz systemach produkcji w fazie stopionej ograniczających zużycie rozpuszczalników. Planują oni również dalsze badania nad ścieżkami recyklingu i technikami przetwarzania na dużą skalę.