Com a melhoria contínua da consciência global sobre a protecção ambiental e a procura cada vez mais urgente de desenvolvimento sustentável, os materiais tradicionais enfrentam muitos desafios, e os materiais ecológicos do trigo emergiram como um material emergente de base biológica. Este artigo discorre sobre as características, pesquisa e desenvolvimento e status de produção de materiais ecológicos de trigo, analisa profundamente suas perspectivas de aplicação em embalagens, têxteis, construção, agricultura e outros campos, e explora as oportunidades e desafios enfrentados, olhando para as futuras tendências de desenvolvimento. , com o objetivo de fornecer uma referência abrangente para profissionais relevantes da indústria, pesquisadores e formuladores de políticas, e ajudar a promover a aplicação generalizada e a atualização industrial de materiais ecológicos de trigo.
1. Introdução
Na era atual, as questões ambientais tornaram-se um dos principais fatores que restringem o desenvolvimento da sociedade humana. Os materiais tradicionais, como os plásticos e as fibras químicas, têm causado uma série de problemas graves, como a escassez de recursos, o elevado consumo de energia e a poluição branca durante a produção, utilização e tratamento de resíduos. Neste contexto, é urgente encontrar materiais alternativos renováveis, degradáveis ​​e ecológicos. Sendo uma importante cultura alimentar amplamente cultivada no mundo, descobriu-se que os subprodutos do trigo no processo de processamento, como a palha e o farelo de trigo, têm um enorme potencial de desenvolvimento material. Materiais ecológicos de trigo transformados por tecnologias inovadoras estão surgindo gradualmente e espera-se que remodelem múltiplos padrões industriais.
2. Visão geral demateriais ecológicos de trigo
Fontes e ingredientes de matérias-primas
Os materiais ecológicos do trigo são derivados principalmente depalha de trigoe farelo. A palha do trigo é rica em celulose, hemicelulose e lignina, e esses polímeros naturais fornecem suporte estrutural básico ao material. A celulose possui características de alta resistência e alta cristalinidade, o que confere tenacidade ao material; a hemicelulose é relativamente fácil de degradar e pode melhorar o desempenho do processamento; a lignina aumenta a rigidez e a resistência à água do material. O farelo de trigo é rico em fibras alimentares, proteínas e uma pequena quantidade de gordura, minerais, etc., que podem complementar a deficiência de componentes de palha e otimizar o desempenho do material, como melhorar a flexibilidade e as propriedades de superfície, tornando-o mais adequado para tecnologias de processamento diversificadas .
Processo de preparação
Atualmente, o processo de preparação de materiais ecológicos de trigo abrange métodos físicos, químicos e biológicos. Métodos físicos como britagem mecânica e moldagem por prensagem a quente, que trituram a palha e depois a moldam sob alta temperatura e alta pressão, são simples de operar e de baixo custo. São frequentemente utilizados para preparar produtos primários, como talheres e pratos descartáveis; os métodos químicos incluem reações de esterificação e eterificação, que utilizam reagentes químicos para modificar a estrutura molecular das matérias-primas para melhorar a adesão e a resistência à água dos materiais para atender aos requisitos mais elevados para embalagens e aplicações têxteis, mas há risco de resíduos de reagentes químicos; os métodos biológicos utilizam microrganismos ou enzimas para degradar e transformar matérias-primas. O processo é ecológico e suave, e materiais finos de alto valor agregado podem ser preparados. No entanto, o longo ciclo de fermentação e o alto custo das preparações enzimáticas limitam as aplicações em larga escala, e a maioria delas está em fase de pesquisa e desenvolvimento em laboratório.
3. Vantagens dos materiais ecológicos do trigo
Respeito ao meio ambiente
Do ponto de vista da avaliação do ciclo de vida, os materiais ecológicos do trigo mostraram suas vantagens. Seu processo de crescimento de matéria-prima absorve dióxido de carbono e libera oxigênio, o que ajuda a amenizar o efeito estufa; o processo produtivo tem baixo consumo de energia, o que reduz muito a dependência de energia fóssil em comparação com a síntese de plásticos à base de petróleo; o tratamento de resíduos após o uso é simples e pode ser biodegradado rapidamente no ambiente natural, geralmente decompondo-se em água inofensiva, dióxido de carbono e húmus em alguns meses a alguns anos, resolvendo efetivamente os problemas ambientais, como poluição do solo e bloqueio de água causado pela “não corrosão de cem anos” dos plásticos tradicionais.
Renovabilidade de recursos
Como cultura anual, o trigo é amplamente plantado e tem uma enorme produção global todos os anos, o que pode fornecer de forma contínua e estável matérias-primas suficientes para a preparação do material. Ao contrário dos recursos não renováveis, como o petróleo e o carvão, desde que a produção agrícola seja razoavelmente planeada, as matérias-primas do trigo são quase inesgotáveis, o que garante a cadeia de abastecimento a longo prazo da indústria material, reduz os riscos industriais causados ​​pelo esgotamento dos recursos, e está em conformidade com o conceito de economia circular.
Desempenho único
Os materiais ecológicos do trigo têm boas propriedades de isolamento térmico e acústico, derivadas de sua estrutura interna de fibra porosa. O ar o preenche formando uma barreira natural, o que apresenta vantagens significativas na área de construção de painéis isolantes; ao mesmo tempo, o material tem textura leve e baixa densidade relativa, o que reduz o peso do produto e facilita o transporte e o uso. Por exemplo, no domínio das embalagens aeroespaciais, reduz custos ao mesmo tempo que garante um desempenho de proteção; além disso, também possui certas propriedades antibacterianas. Os ingredientes naturais da palha e do farelo de trigo têm efeito inibitório sobre o crescimento de alguns microrganismos, prolongando a vida útil do produto, e têm amplas perspectivas em aplicações de embalagens de alimentos.
4. Campos de aplicação de materiais ecológicos de trigo
Indústria de embalagens
No campo das embalagens, os materiais ecológicos do trigo estão substituindo gradativamente as embalagens plásticas tradicionais. Em termos de talheres descartáveis, pratos, lancheiras, canudos, etc. feitos de palha de trigo têm aparência semelhante ao plástico, mas são atóxicos e insípidos, e não liberam produtos químicos nocivos quando aquecidos, atendendo às necessidades de entrega de alimentos. Algumas grandes cadeias de empresas de catering começaram a tentar promovê-los; nas embalagens expressas, materiais de amortecimento, envelopes e caixas confeccionados com eles são utilizados para preencher o forro, que tem bom desempenho de amortecimento, protege a mercadoria e ao mesmo tempo é degradável, reduzindo o acúmulo de lixo expresso. Plataformas de comércio eletrônico e empresas expressas já o testaram e espera-se que remodele o sistema de embalagens logísticas verdes.
Indústria têxtil
A fibra de celulose é extraída da palha e do farelo de trigo e processada em um novo tipo de tecido por meio de um processo de fiação especial. Este tipo de tecido é macio e agradável à pele, respirável e tem melhor absorção de umidade do que o algodão puro. É seco e confortável de usar e tem cor e textura naturais próprias. Possui valor estético único e surgiu nas áreas de moda sofisticada e mobiliário doméstico. Algumas marcas de moda lançaram roupas de edição limitada em fibra de trigo, o que atraiu a atenção do mercado e injetou vitalidade no desenvolvimento da moda sustentável.
Indústria da construção
Como material de isolamento de edifícios, os painéis de trigo ecológicos são fáceis de instalar e o efeito de isolamento é comparável ao dos painéis de poliestireno tradicionais, mas sem os riscos de inflamabilidade e libertação de gases tóxicos destes últimos, melhorando a segurança contra incêndios dos edifícios; ao mesmo tempo, são utilizados para decoração de interiores, como painéis decorativos de paredes e tetos, para criar uma atmosfera natural e acolhedora, podendo também ajustar a umidade interna, absorver odores e criar um ambiente de vida saudável. Alguns projetos de demonstração de edifícios ecológicos os adotaram em grandes quantidades, liderando a tendência de materiais de construção verdes.
Campo agrícola
Na produção agrícola, vasos de mudas e cobertura morta feitos de trigo, materiais ecologicamente corretos, desempenham um papel importante. Os vasos de mudas podem ser degradados naturalmente, não havendo necessidade de retirada dos vasos no momento do transplante das mudas, evitando danos às raízes e melhorando a taxa de sobrevivência do transplante; a cobertura morta degradável cobre as terras agrícolas, retém a umidade e aumenta a temperatura para promover o crescimento das culturas, e se decompõe após o término da estação de crescimento, sem afetar o cultivo seguinte, resolvendo o problema dos resíduos tradicionais de cobertura plástica poluindo o solo e dificultando as operações agrícolas, e promovendo a sustentabilidade desenvolvimento agrícola.
V. Desafios enfrentados pelo desenvolvimento de materiais ecológicos de trigo
Gargalos técnicos
Apesar dos progressos na investigação e desenvolvimento, ainda existem dificuldades técnicas. Primeiro, otimização do desempenho do material. Em termos de melhorar a resistência e a resistência à água para atender a cenários de uso complexos, as tecnologias existentes não conseguem equilibrar custo e desempenho, o que restringe a expansão de aplicações de ponta. Em segundo lugar, o processo de produção é instável e a flutuação dos ingredientes das matérias-primas em diferentes lotes conduz a uma qualidade desigual do produto, dificultando a obtenção de uma produção padronizada em grande escala, afectando a confiança do investimento empresarial e a promoção do mercado.
Fatores de custo
Atualmente, o custo dos materiais ecológicos do trigo é superior ao dos materiais tradicionais. Na etapa de coleta da matéria-prima, a palha fica espalhada, o raio de coleta é grande e o armazenamento é difícil, o que aumenta os custos de transporte e armazenamento; na fase de produção, os equipamentos avançados dependem de importações, as preparações de enzimas biológicas e os reagentes de modificação química são caros e, embora o consumo de energia de produção seja relativamente baixo, ainda representa uma grande proporção do custo; na fase inicial da promoção do mercado, o efeito de escala não foi formado e o custo unitário do produto não pode ser reduzido. Está em desvantagem na competição com materiais tradicionais de baixo preço, o que dificulta a escolha dos consumidores e das empresas.
Conscientização e aceitação do mercado
Os consumidores estão acostumados há muito tempo com materiais e produtos tradicionais e têm conhecimento limitado sobre materiais ecológicos do trigo. Estão preocupados com sua durabilidade e segurança e têm pouca disposição para comprar; do lado empresarial, estão limitados pelos custos e pelos riscos técnicos e são cautelosos quanto à transformação para novos materiais. Em particular, as pequenas e médias empresas carecem de fundos e talentos de I&D e é difícil fazer o acompanhamento a tempo; além disso, a cadeia industrial a jusante não está bem equipada e há falta de instalações profissionais de reciclagem e tratamento, o que afecta a reciclagem de resíduos e, por sua vez, inibe a expansão do mercado inicial de materiais.
VI. Estratégias de resposta e oportunidades de desenvolvimento
Cooperação indústria-universidade-pesquisa para avançar na tecnologia
As universidades, as instituições de investigação científica e as empresas devem trabalhar em estreita colaboração. As universidades devem aproveitar plenamente as suas vantagens na investigação básica e explorar novos mecanismos de modificação de materiais e vias de biotransformação; as instituições de investigação científica devem concentrar-se na optimização dos processos e realizar em conjunto a produção piloto com as empresas para superar problemas de estabilidade técnica; as empresas devem fornecer fundos e feedback do mercado para acelerar a industrialização dos resultados da investigação científica, tais como o estabelecimento de centros conjuntos de I&D, e o governo deve combinar e fornecer apoio político para promover a iteração e a modernização tecnológica.
O apoio político reduz custos
O governo introduziu políticas de subsídios para fornecer subsídios de transporte para recolha de matérias-primas para reduzir custos logísticos; o lado da produção oferece isenções fiscais para aquisição de equipamentos e pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias para incentivar as empresas a atualizarem tecnologia; as empresas a jusante que utilizam materiais ecológicos de trigo, tais como empresas de embalagens e de construção, recebem subsídios para compras verdes para estimular a procura do mercado e, através do apoio de toda a cadeia industrial, ajudam a reduzir custos e a diminuir a diferença de preços em relação aos materiais tradicionais.
Fortalecer a publicidade e aumentar a conscientização
Usar a mídia, exposições e atividades científicas populares para divulgar as vantagens e os casos de aplicação de materiais ecológicos de trigo por meio de vários canais, exibir a certificação de segurança e durabilidade do produto e eliminar as preocupações dos consumidores; fornecer treinamento técnico e orientação de transformação para empresas, compartilhar experiências de casos de sucesso e estimular o entusiasmo corporativo; estabelecer padrões industriais e sistemas de identificação de produtos, padronizar o mercado, facilitar a identificação e a confiança dos consumidores e das empresas, criar uma boa ecologia industrial e aproveitar as oportunidades do mercado de consumo verde e de desenvolvimento sustentável.
VII. Perspectivas Futuras
Com a inovação tecnológica contínua, a melhoria contínua das políticas e a maior consciência do mercado, espera-se que os materiais ecológicos do trigo inaugurem um desenvolvimento explosivo. No futuro, nascerão materiais compostos de trigo de alto desempenho, integrando as vantagens de vários materiais naturais ou sintéticos e expandindo-se para campos de alta tecnologia, como automóveis e eletrônicos; aparecerão materiais de trigo perceptíveis e inteligentes, monitoramento em tempo real do meio ambiente e do frescor dos alimentos, capacitando embalagens inteligentes e casas inteligentes; Serão formados clusters industriais e toda a cadeia, desde a plantação de matérias-primas, o processamento de materiais até à reciclagem de produtos, desenvolver-se-á de forma coordenada, realizando uma utilização eficiente dos recursos e maximizando os benefícios industriais, tornando-se a força central da indústria global de materiais verdes e estabelecendo uma base base material sólida para a prosperidade sustentável da sociedade humana.
VIII. Conclusão
Os materiais ecológicos do trigo, com suas excelentes vantagens ambientais, de recursos e de desempenho, têm mostrado amplas perspectivas em muitos campos. Embora enfrentem actualmente muitos desafios, tais como tecnologia, custos e mercado, espera-se que superem as dificuldades através dos esforços concertados de todas as partes. Aproveitar a oportunidade para se desenvolver vigorosamente não só resolverá a crise ambiental provocada pelos materiais tradicionais, mas também dará origem a indústrias verdes emergentes, alcançará uma situação vantajosa para todos de crescimento económico e protecção ambiental, abrirá uma nova era no domínio da materiais e criar um lar ecológico melhor para as gerações futuras.