Degradation of bioplastic in anaerobic conditions
Authors
Date
2019Copyright
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Muovien hajoamattomuus on synnyttänyt ympäristöongelman, jota yritetään
ratkaista biohajoavien muovien avulla. Samalla mädätys kerää suosiota
orgaanisen jätteen käsittelymenetelmänä biokaasupotentiaalin ja
maanparannusaineeksi soveltuvan mädätysjäännöksen ansiosta. Muovien on
kuitenkin havaittu haittaavan mädätyslaitosten toimintaa Muovien
biohajoamistutkimukset ovat myös painottuneet aerobisiin oloihin, kuten
kompostointiin ja maaperäkokeisiin. Tämä tutkimus pyrkii tarkastelemaan
muovin määrää biojätteessä ja termoplastisesta tärkkelyksestä valmistetun
biomuovin hajoamista anaerobisissa oloissa. Tutkimus tehtiin mesofiilisena
märkämädätyskokeena. Tässä tutkimuksessa tarkastelulla biomuovilla on
EN13432-sertifikaatti, joka osoittaa tuotteen hajoavan teollisessa kompostoinnissa.
Tutkimukseen kuului kaksi aikajännettä; 30 ja 90 vuorokautta.
Tutkimusmateriaalit olivat termoplastinen tärkkelys, LLDPE ja paperi, joista
LLDPE:tä käytettiin negatiivisena kontrollina, eli materiaalina, jonka ei odotettu
hajoavan ja paperi taas oli positiivinen kontrolli. Materiaalien hajoamista
tarkasteltiin visuaalisten havaintojen, massahäviön ja tuotetun biokaasun avulla.
Termoplastinen tärkkelys menetti keskimäärin 14,9 ± 0.3 % massastaan 30
vuorokaudessa ja 21 ± 1 % 90 vuorokaudessa. Biokaasun tuottoon perustuvat
mineralisaatioasteet ovat erittäin epävarmoja, koska materiaalien
hiilipitoisuudesta ei ollut varmaa tietoa ja reaktorit kärsivät osin merkittävästä
happi-inhibitiosta. Vähäinen biohajoaminen on mahdollista, sillä suurin
saavutettu mineralisaatioaste termoplastiselle tärkkelykselle oli 14 % 30:ssä
vuorokaudessa, mutta lukeman todettiin olevan virhemarginaalissa. Pidemmän
aikajakson hyödyistä suurempana mineralisaatioasteena ei saatu todisteita, vaikka
termoplastinen tärkkelys menettikin 6 prosenttiyksikköä enemmän massaa 90
vuorokaudessa 30 vuorokauden kokeeseen verrattuna, mikä oli tilastollisesti
merkitsevä ero. Biokaasun tuotanto hidastui 30:n vuorokauden jälkeen, joten
suuremman massahäviön 90 vuorokauden kokeessa ajateltiin johtuvan suurelta
osin ympäristötekijöistä. Tässä työssä tarkastellun termoplastisen tärkkelyksen ei
todettu hajoavan merkittävästi anaerobisisssa olosuhteissa EN13432 sertifikaatista
huolimatta, mikä osoittaa etteivät aerobisissa olosuhteissa hajoavat muovit hajoa
mädätyksessä.
...
Plastics once applauded for their durability are now causing environmental harm
for the same reason. To mitigate this issue, biodegradable plastics have been
developed. Degradation studies however have mostly been conducted in aerobic
conditions such as composting and soil. Anaerobic digestion has some advantages
over aerobic digestion, for example anaerobic digestion produces methane rich
biogas that can be used as a fuel. Plastics have been noted to be problematic for
anaerobic digestion. This study aims to examine plastic contents in biowaste and
provide insight on anaerobic degradability of thermoplastic starch, a kind of
plastic made out of starch. The study was conducted as a wet digestion batch
experiment in 37 °C with retention times of 30 and 90 days. Digestate from
Mustankorkea anaerobic digestion plant was used as inoculum and leftover food
from Ylistö restaurant was used to provide nutrients for the microbes. Sample
materials were thermoplastic starch, LLDPE and paper. Degradability was
assessed as relative mass loss and as amount of biogas produced out of theoretical
maximum while also observing the materials visually. Theoretical maximum
biogas yield was calculated assuming all carbon in a sample was converted into
biogas. Thermoplastic starch lost on average 14.9 ± 0.3 % of mass in 30 days and 21
± 1 % in 90 days. Meanwhile paper was completely disintegrated in 30 days and
LLPDE gained mass possibly due to biofilm formation. Statistically signifigant
increase in mass loss shows that degradation of thermoplastic starch continued
throughout the last 60 days of test, albeit at reduced rate, despite minimal
microbial activity. Plastics yielded less biogas than the mixture of inoculum and
food waste resulting in the mineralization degrees being mostly negative. A low
level of mineralisation may be achievable for the TPS studied here, as the highest
mineralisation degree reached was 14 % in 30 days. However the margin of error for mineralisation degrees in this study is remarkable due to uncertainty regarding the carbon contents of the sample materials and notable oxygen inhibition, so 14 % is quite likely within the margin of error.
...




Keywords
Metadata
Show full item recordCollections
- Pro gradu -tutkielmat [24854]
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
Effects of biochar addition on anaerobic digestion and comparison of different biochar qualities
Sinervo, Riku (2017)Tässä pro gradu -työssä tutkittiin, voidaanko anaerobisen mädätyksen toimintaa parantaa lisäämällä mädätysprosessiin pieniä määriä biohiiltä. Anaerobista mädätystä tutkittiin laboratoriomittakaavan biokaasukokeilla, joissa ... -
Effect of thermal pretreatment on chemical composition and biogas production from kitchen waste
Wordofa, Gossa (2014)Biogas has been well known with its wide range of benefits in terms of greenhouse reduction,energy security, creating jobs and generating revenue. However, biological conversion of several biogas feedstocks to biogas under ... -
Anaerobic dry fermentation of dried chicken manure and kitchen waste
Kukkonen, Tommi (2014)Kananlannan ja ruokajätteen määrä, jätteiden aiheuttamat ympäristöongelmat sekä resurssipula fossiilisten lannoitevalmisteiden osalta kasvavat sekä Suomessa että globaalisti. Anaerobisella käsittelyllä orgaanisten jätteiden ... -
Effect of macro- and micro-nutrients addition during anaerobic mono-digestion of grass silage in leach-bed reactors
Jagadabhi, Padma Shanthi; Kaparaju, Prasad; Väisänen, Ari; Rintala, Jukka (Taylor & Francis, 2019)The effect of macro- (NH4Cl) (set I) and micro-nutrients (Fe, Ni, Co and Mo) (set II) addition on chemical oxygen demand (COD) solubilisation during anaerobic mono-digestion of grass silage was investigated in two sets of ... -
Biogas production from high-yielding energy crops in boreal conditions
Seppälä, Mari (University of Jyväskylä, 2013)