Aproape în fiecare conversație cu clienții sau furnizorii noștri de filamente despre opțiuni de materiale și noi dezvoltări, mă trezesc, invariabil, menționând și susținând PEF, care vine de la polietilen furanoat. Prietenii, colegii și membrii familiei știu deja că sunt de mult timp un avocat “fioros” al bioplasticului PEF, deși voi este posibil să aflați despre acest tip de material pentru prima dată aici, pe acest blog. Și asta e ok. Deocamdată. Dar într-un an și ceva, amintiți-vă unde ați auzit prima dată de el! Să nu ziceți că n-ați fost avertizați…

Deci, de ce hype-ul? Mai ales că, din cunoștințele mele, nu există nici măcar un singur produs cu acest nume disponibil pe piața comercială, mai ales în format de filament pentru imprimarea 3D. Dar un lucru este deja evident: întrebarea nu este dacă sau când va ajunge PEF pe piață. Întrebarea corectă în acest context este cât de intens va schimba PEF piața globală a polimerilor și cât de rapid se poate extinde producția pentru a satisface o piață în care cererea va fi întotdeauna înaintea disponibilității. Într-un fel, vom avea un fel de „situație Tesla” aici, cu foarte multe precomenzi pentru un model de mașină care nici măcar nu a fost prezentat publicului și în care tehnologia de producție de top va trebui să „tragă la deal” mulți din anii următori pentru a găsi un echilibru între cerere și ofertă.

„Tesla” din această poveste despre PEF nu este, firește, Tesla, ci compania olandeză Avantium, un lider tehnologic al chimiei regenerabile și compania din spatele nou-dezvoltatului material PEF – www.avantium.com.

Cât despre oferta de valoare a PEF, care din punct de vedere chimic este foarte aproape de binecunoscutul material PET, polietilen tereftalat, două aspecte sunt de cea mai mare importanță atunci când ne gândim la imprimarea 3D:

1) Prezintă o schimbare dramatică a rezistenței la tracțiune, care este cu 60% mai mare decât a PET-ului normal, ceea ce înseamnă, în termeni absoluți, peste de 80 MPa, depășind astfel majoritatea nailonurilor, policarbonatelor etc.. În termeni practici de imprimare 3D, aceasta înseamnă că un plastic la preț de rând atinge performanța polimerilor tehnici, făcând posibilă realizarea de piese imprimate ușoare și puternice nu numai pentru prototipare, ci și pentru ciclurile de producție!

2) De asemenea, temperatura de tranziție vitroasă se îmbunătățește cu peste 12 °C în comparație cu PET-ul obișnuit, până la cca. 85°C, depășind din nou majoritatea nailonurilor (netratate termic), dar pe de altă parte fiind încă inferioară policarbonatelor. Cu toate acestea, pentru majoritatea aplicațiilor, această îmbunătățire este adecvată.

Dar, firește, asta nu e tot. PEF a fost dezvoltat de la bun început cu gândul de a înlocui PET-ul. Prin urmare, inițial este țintit pe industria ambalajelor, unde PEF prezintă câteva avantaje suplimentare, cum ar fi proprietățile de barieră de gaze îmbunătățite, extinzând durata de valabilitate la raft a mărfurilor ambalate (oxigen de 10 ori mai mare; dioxid de carbon de 6-10 ori mai mare; apă de 2 ori mai mare). Această startegie de poziționare pe piață va aduce o penetrare rapidă, volume mari de producție și concurență ridicată, toate ducând la așteptarea unor prețuri scăzute și a unei disponibilități pe scară largă. De asemenea, faptul că PEF este aproape chimic de PET ar trebui să conducă la o curbă rapidă de adoptare.

Acest din urmă fapt este, de asemenea, motivul pentru care sticlele PEF pot fi integrate în fluxurile existente de reciclare PET fără vreun impact negativ asupra opacității, culorii și altor proprietăți ale sticlelor PET utilizate în prezent, rezolvând problema reciclabilității pe care fiecare polimer nou introdus trebuie să o rezolve pentru a putea fi utilizat în infrastructura globală existentă de reciclare a PET-ului. Dar cea mai bună veste e că PEF este un material 100% GreenPrint, din două motive: unul, datorită reciclabilității foarte bune menționate mai sus. Al doilea, că materiile prime pentru producția sa pot fi 100% bio!

Pentru a extinde producția globală de PEF, Avantium a studiat mai îndeaproape baza principalei componente a PEF, numită FDCA (acid 2,5-furandicarboxilic). Dezvoltarea revoluționară a Avantium constă în înlocuirea sursei FDCA, de la materia primă de primă generație (denumită în prezent producția alimentară concurentă), în special zaharuri obținute din porumb și grâu, cu cea de a doua generație (denumită și flux de deșeuri de celuloză de lemn, reziduuri agricole etc.), cum ar fi paiele. Pentru a produce efectiv PEF, FDCA este polimerizat cu monoetilen glicol (MEG). MEG se fabrică deja ca element component al biobazei pentru GreenBottle aparținând Coca-Cola Company (http://www.coca-colacompany.com/stories/plantbottle-frequently-asked-questions), care, în ultimii ani, a revoluționat deja industria ambalajelor ecologice.

Avantium a început deja construcția uzinei sale emblematice de FDCA, planificată a fi gata la finele lui 2023, ceea ce va permite lansarea comercială a materialului PEF începând cu 2024. Prima uzină chimică de FDCA comercial din lume va produce 50.000 tone de FDCA anual. Pentru a pune această capacitate de producție în perspectivă, gândiți-vă la 500.000 de tone/an capacitatea de producție globală de PLA preconizată pentru 2018 sau comparați cu producția de PET biobazat, deja trecută de 1 milion de tone/an, datorită în principal producției de Plant Bottle de la Coca-Cola. Evident, urmează mai multe în viitor.

Și nu numai de la Avantium, ci și de la marea corporație chimică americană DuPont, care a anunțat un produs concurent: PTF, care înseamnă PolytrimeThylene Furandicarboxilat (PTF) care din nou este aproape chimic de PET și PEF. PTF, precum PEF, este un polimer bazat pe materie primă regenerabilă de a doua generație, cu specificații mecanice și termice similare cu PEF.

În 2018, DuPont a anunțat deschiderea unei fabrici pilot, prima unitate de producție din lume pentru ester metilic furan dicarboxilic pe bază bio (FDME*). În 2016, compania dezvoltase o metodă de producere a mult căutatei molecule FDME, din fructoză derivată din amidon de porumb. În 2018, au trecut la faza pilot cu deschiderea unei fabrici pilot în Illinois, SUA, care era de așteptat să producă 60 t de FDME anual.

*FDME este o moleculă care poate fi utilizată pentru a crea substanțe chimice și materiale, inclusiv plastic. Una dintre primele molecule pe bază de FDME aflate în curs de dezvoltare este politrimetilen furandicarboxilatul (PTF), un polimer care poate fi folosit pentru a face sticle de plastic mai durabile. PTF are o barieră de gaz care este de 10-15 ori mai mare decât polietilen tereftalatul de plastic (PET) utilizat în mod obișnuit. Acest lucru crește durata de valabilitate a produsului la raft și reduce cantitatea de plastic necesară pentru a păstra CO2 în băuturi. PTF este produs folosind o metodă mai ecologică în comparație cu PET, care este de obicei derivat din petrochimice.

Voi actualiza acest articol de îndată ce DuPont va veni cu un plan de comercializare pentru PTF și apoi voi include și câteva comentarii despre alte produse bioplastice DuPont, cum ar fi poliamidele Sorona și Zytel.

Programele de dezvoltare de noi materiale de la Avantium (PEF) și DuPont (PTF) sunt dovada tangibilă a valorii unei bioeconomii circulare – nu numai că aceste materiale din surse regenerabile sunt mai durabile, ci îndeplinesc imperativul ca bioprodusele să aibă performanțe mai bune și o valoare mai bună de piață.

Abia aștept să scriu un articol pe blog despre testarea primului nostru filament PEF!

 

Yannick Bastian

Fondator & Președinte FormWerk