ما هي المواد المستخدمة في الأنواع الجديدة من المواد الغذائية-المصنفة على شكل غداء بلاستيكي-لحاويات الطعام؟

1. مقدمة

تشير الأنواع الجديدة من مواد صناديق الغداء البلاستيكية- المخصصة للأغذية على وجه التحديد إلى المواد التي ظهرت أو حققت اختراقات تكنولوجية كبيرة في مجال تغليف المواد الغذائية منذ عام 2021. ومقارنة بالمواد البلاستيكية التقليدية القائمة على النفط-، فإنها توفر مزايا كبيرة من حيث قابلية التحلل البيولوجي والسلامة والأداء الوظيفي. وفقًا لـ "المتطلبات الفنية العامة للخدمات اللوجستية القابلة للتحلل بالكامل والتعبئة السريعة" (GB/T41010-2021) الصادرة عن إدارة التقييس الصينية، فإن المواد القابلة للتحلل الحيويغداء للذهاب إلى-الحاوياتيجب أن تحقق معدل تحلل حيوي يزيد عن 90% خلال 180 يومًا في ظل ظروف التسميد، ويجب ألا تسبب منتجات التحلل تلوثًا ثانويًا للتربة والمسطحات المائية والنظم البيئية.

استنادًا إلى مصادر المواد، يتم تقسيم الأنواع الجديدة من مواد صناديق الغداء البلاستيكية-الغذائية بشكل أساسي إلى ثلاث فئات: أولاً، مواد قابلة للتحلل بيولوجيًا بالكامل-، مثل حمض البوليلاكتيك (PLA)، والبولي هيدروكسي ألكانوات (PHA)، والمواد القائمة على النشا-؛ ثانيًا، المواد البترولية القابلة للتحلل الحيوي، مثل بولي بيوتيلين أديبات تيريفثاليت (PBAT) والبولي بيوتيلين سكسينات (PBS)؛ وثالثًا، المواد المركبة القابلة للتحلل الحيوي، مثل مزيج PLA/PBAT. يجب أن تجتاز جميع المواد شهادة الجودة الغذائية- وأن تتوافق مع معايير سلسلة GB 4806 الصينية، أو معايير إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، أو لوائح الاتحاد الأوروبي 10/2011.

2. تحليل التصنيف والخصائص للأغذية الجديدة-تصنيف الغداء البلاستيكي إلى-مواد الحاويات

2.1 المواد-القابلة للتحلل الحيوي

2.1.1 حمض البوليلاكتيك (PLA) ومواده المعدلة

يعد حمض البوليلاكتيك (PLA) حاليًا أكثر المواد القابلة للتحلل الحيوي المتوفرة تجاريًا. يتم إنتاجه بشكل رئيسي من النشاء النباتي مثل الذرة وقصب السكر، من خلال التخمير لإنتاج حمض اللاكتيك، تليها البلمرة. في عام 2023، كان جيش التحرير الشعبى الصينى يمثل ما يقرب من 42% من المواد الخام المستخدمة في المواد القابلة للتحللغداء للذهاب إلى-الحاوياتفي الصين، تتمتع بشفافية جيدة وصلابة وأداء معالجة.

العيب الرئيسي لـ PLA النقي هو عدم كفاية مقاومته للحرارة؛ درجة حرارة التشوه الحراري عادة ما تكون أقل من 60 درجة، ودرجة حرارة التزجج حوالي 60-65 درجة. ومع ذلك، يمكن تحسين أدائه بشكل كبير من خلال تقنيات التعديل: باستخدام تقنية CPLA (PLA المعدلة)، يمكن زيادة مقاومة الحرارة إلى 80-150 درجة، مما يلبي متطلبات أغطية أكواب المشروبات الساخنة (80 درجة) وبعض عبوات المواد الغذائية الساخنة على المدى القصير؛ بعد إدخال المتوافقات التفاعلية (مثل Joncryl ADR) وتكنولوجيا المركبات النانوية، تمت زيادة قوة تأثير المادة من 2-3 كيلوجول/م² لـ PLA النقي إلى 15-20 كيلوجول/م²؛ بمساعدة عوامل النواة وعمليات التلدين، يمكن أن تتجاوز درجة حرارة التشوه الحراري 90 درجة.

فيما يتعلق بأداء التحلل، يمكن لـ PLA تحقيق معدل تحلل يزيد عن 90% خلال 90 يومًا في ظل ظروف التسميد الصناعي (58-70 درجة، رطوبة 60%، هوائي)، لكن معدل التحلل يتباطأ بشكل كبير في البيئات الطبيعية، ولا يكاد يتحلل في الماء البارد. من حيث التكلفة، يبلغ سعر المواد الخام PLA حوالي 17500-23000 يوان/طن، وانخفض سعر راتنج PLA إلى 18000 يوان/طن في عام 2024، بانخفاض قدره 38.7% مقارنة بذروة عام 2020.

2.1.2 متعدد الهيدروكسي ألكانوات (PHA)

يتم تصنيع بولي هيدروكسي ألكانوات (PHA) من خلال التخمر الميكروبي للسكريات أو الدهون، التي تنتمي إلى مواد -حيوية بالكامل. فهي تتمتع بتوافق حيوي ممتاز وقابلية كاملة للتحلل البيئي، ويمكن أن تتحلل بشكل فعال حتى في مياه البحر أو التربة، مع دورة تحلل تبلغ حوالي 3-6 أشهر، مما يحقق حقًا دورة "من المهد-إلى المهد".

ومع ذلك، فإن التطبيق التجاري لـ PHA مقيد إلى حد كبير بالتكلفة. وفقًا لتقرير صادر عن معهد نينغبو لتكنولوجيا وهندسة المواد التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، في كانون الثاني (يناير) 2025، بلغ معدل تغلغل PHA في سوق مواد التغليف القابلة للتحلل الحيوي في الصين حوالي 5% فقط في عام 2023، ويرجع ذلك أساسًا إلى ارتفاع تكاليف الإنتاج (حوالي 2-3 أضعاف تكلفة PLA) وعدم كفاية القدرة الإنتاجية على نطاق واسع-. في عام 2024، كانت تكلفة إنتاج PHA لا تزال مرتفعة لتصل إلى 40,000-60,000 يوان/طن، وهو أعلى بكثير من 22,000-28,000 يوان/طن من PLA. من حيث الأداء، يتمتع PHA بتوافق حيوي جيد وقابلية للتحلل، ولكن يحتاج إلى تحسين استقراره الحراري وأداء المعالجة. حاليًا، تعمل شركة Hengxin Life على الترويج لتطبيق تكنولوجيا الطلاء عبر الإنترنت بالمستحلب المائي PHA من خلال نموذج تعاون رباعي الأطراف. لا تعمل هذه التقنية على تخفيف مشكلة ارتفاع تكاليف PHA فحسب، بل تخلق أيضًا قيمة إضافية لمؤسسات المعالجة بمعدل استرداد اللب يزيد عن 95%.

2.1.3 المواد المركبة ذات الأساس -النشا

تستخدم المواد المركبة التي تعتمد على النشا-النشاء الطبيعي مثل الذرة ونشا الكسافا كمكونات رئيسية. ومن خلال مزجها وتعديلها مع البوليسترات القابلة للتحلل الحيوي مثل PLA وPBAT، يمكن خفض التكاليف وتحسين قابلية التحلل الحيوي. وفي عام 2023، ستكون نسبتها قابلة للتحللغداء للذهاب إلى-الحاوياتكان ما يقرب من 18٪، مع تكاليف المواد الخام فقط 8000-12000 يوان / طن، وهو أقل بكثير من جيش التحرير الشعبى الصينى.

تكمن مزايا هذه المادة في قدرتها على تجديد المواد الخام القوية وسعرها المنخفض، ولكن خواصها الميكانيكية ومقاومتها للماء ضعيفة، وعادةً ما تحتاج إلى مزجها وتعديلها مع مواد -أخرى حيوية. وفقًا للبيانات الصادرة عن إدارة الحفاظ على الموارد وحماية البيئة التابعة للجنة الوطنية للتنمية والإصلاح في عام 2024، على الرغم من أن المواد القائمة على النشا{3}}منخفضة التكلفة، إلا أن الملدنات والمثبتات وغيرها من الإضافات الوظيفية المطلوبة لتحسين أداء المعالجة يتم استيرادها إلى حد كبير، وتتأثر أسعارها بشكل كبير بالتقلبات في سوق المواد الكيميائية الدولية.

2.2 المواد البترولية- القابلة للتحلل الحيوي

2.2.1 بولي بيوتيلين أديبات تيريفثاليت (PBAT)

بولي بيوتيلين أديبات تيريفثالات (PBAT) هو عبارة عن إلاستومر شبه بلوري، يتم تصنيعه عن طريق التكثيف المتعدد لحمض الأديبيك، وحمض تيريفثاليك، والبوتانديول، مع نسبة تبلور تبلغ حوالي 10-20%. إنه يتمتع بمرونة وليونة ممتازة، مع استطالة عند الكسر بنسبة 500-700%، مما يجعله واحدًا من أقوى المواد البلاستيكية القابلة للتحلل البيولوجي المتوفرة حاليًا.

يتمتع PBAT بنقطة انصهار تبلغ حوالي 110-130 درجة ودرجة حرارة تشويه حرارية تبلغ حوالي 30-40 درجة، مع أداء معالجة جيد، وقابل للتكيف مع العمليات المختلفة مثل القولبة بالحقن، والبثق، ونفخ الأفلام. من حيث أداء التحلل، يمكن أن يتحلل PBAT تمامًا في التربة خلال 6-12 شهرًا، وتكون منتجات التحلل غير سامة. كما أنه يتحلل بسرعة نسبية في بيئات مختلفة. نظرًا لأنه يمكن أن يحسن هشاشة PLA، غالبًا ما يستخدم PBAT في خلطات مع PLA، وفي عام 2024، وصلت نسبته في المواد الخام لصناديق الغداء القابلة للتحلل إلى 32%. من حيث التكلفة، يبلغ سعر PBAT حوالي 17,000-19,000 يوان صيني/طن، حيث تمثل المواد الخام 65-70% من تكلفة التصنيع. المادة الخام الرئيسية، 1,4-بوتانيديول (BDO)، يتم تسعيرها بشكل ثابت عند 7,800 يوان/طن، وهو ما يمثل أكثر من 65% من تكلفة المواد الخام.

2.2.2 سكسينات البولي بوتيلين (PBS)

بولي بيوتيلين سكسينات (PBS) عبارة عن بوليستر شديد التبلور، ويظهر على شكل مادة صلبة بيضاء اللون-عديمة الرائحة والمذاق، مع توافق حيوي جيد وقابلية للتحلل الحيوي، ويمكن أن يتحلل بشكل طبيعي إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. ميزتها البارزة هي مقاومتها الممتازة للحرارة، مع درجة حرارة تشويه حرارية قريبة من 100 درجة، والتي يمكن أن تتجاوز 100 درجة بعد التعديل، مما يلبي متطلبات مقاومة الحرارة للضروريات اليومية.

تشبه القوة الميكانيكية لـ PBS قوة المواد البلاستيكية ذات الأغراض العامة-مثل PP وPE، ويمكن تكييفها مع عمليات التحضير مثل القولبة بالحقن، والبثق، ونفخ الأفلام، والتصفيح. ويمكن أيضًا مزجه مع مواد مالئة مثل كربونات الكالسيوم والنشا لتقليل التكاليف. فيما يتعلق بأداء التحلل، يمكن أن تتحلل PBS بكفاءة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة والإنزيمات في السماد والتربة والمياه وبيئات الحمأة المنشطة، ولا يتطلب تحللها ظروف درجة الحرارة العالية والرطوبة العالية التي يتطلبها PLA، مما يجعلها أقرب إلى سيناريوهات التحلل الطبيعي. من حيث السعر، يبلغ سعر PBS المحلي حوالي 19,000 يوان صيني/طن، ويبلغ سعر PBS المستورد حوالي 23,500 يوان صيني/طن. على الرغم من أن التكلفة أعلى، إلا أنها تتمتع بمزايا فريدة في -مجالات التطبيقات المتطورة مثل حاويات الطعام المقاومة للحرارة والمواد الطبية.

2.3-المواد المعدلة عالية الأداء

2.3.1 المواد المعدلة بالمركبات النانوية

تعد تقنية تعديل المركبات النانوية اتجاهًا مهمًا في تطوير مواد جديدة لأوعية الطعام البلاستيكية-من الدرجة الغذائية في السنوات الأخيرة. يمكن أن تؤدي إضافة جزيئات المونتموريلونيت النانوية إلى مصفوفة PLA إلى تحسين أداء حاجز الأكسجين للمادة بمقدار 3 مرات وزيادة درجة حرارة مقاومة الحرارة إلى 120 درجة، مما يسمح باستخدامها مباشرة في عبوات العصير الساخنة- المملوءة؛ النانوسليلوز، باعتباره-عامل تقوية عالي الجودة، يتمتع ببنية ألياف دقيقة للغاية تتراوح من 5 إلى 20 نانومتر، والتي يمكن أن تشكل شبكة روابط هيدروجينية كثيفة في مصفوفة PLA، مما يقلل من نفاذية الأكسجين للمادة إلى 0.5 سم مكعب/م²·يوم·atm، وهو تحسن يزيد عن 80% مقارنة بـ PLA النقي.

يؤدي تطبيق تكنولوجيا البلاستيك الحيوي-المركبة من الطين النانوي إلى حل مشكلة التشوه الناتج عن درجات الحرارة العالية-للمواد التقليدية المعتمدة على-البيولوجية. المواد المركبة، التي تم إعدادها من خلال تعزيز التشتت الموحد للجسيمات النانوية من خلال الصوتنة (1200 دورة في الدقيقة مع التحريك لمدة 20 دقيقة)، تليها الترشيح الفراغي (مرشح 100 ميكرومتر) والضغط الساخن (معالجة 80 درجة)، تحسنت بشكل كبير الخواص الميكانيكية وخصائص الحاجز مع الحفاظ على قابلية التحلل البيولوجي.

2.3.2 تكنولوجيا البثق متعدد الطبقات وطلاء السطح

تعتبر تقنية البثق المشترك متعدد الطبقات- هي العملية السائدة في -حاويات الطعام المتطورة والصديقة للبيئة. من خلال قذف طبقة مقاومة للحرارة - في نفس الوقت (مثل PLA المعدل)، وطبقة حاجزة (مثل PBAT أو EVOH تحتوي على مواد حشو نانوية)، وطبقة سطحية (مثل PLA النقي) باستخدام أجهزة بثق متعددة، يتم تشكيل هيكل "ساندويتش". ولا يؤدي هذا إلى تحسين الأداء العام للمادة فحسب، بل يقلل أيضًا من التكاليف بشكل فعال.

تعمل تقنية تعديل طلاء السطح على تحسين الحاجز ومقاومة الماء لحاويات المواد الغذائية PLA/PBAT بشكل كبير من خلال تطبيق طبقة حاجز -رفيعة للغاية- على الجدار الداخلي. ومن بين هذه التقنيات، تتمتع تقنية الطلاء عبر الإنترنت باستخدام المستحلب المائي PHA بآفاق صناعية واسعة. فهو لا يحل مشكلة ارتفاع تكلفة PHA فحسب، بل يخلق أيضًا قيمة إضافية لشركات المعالجة بمعدل إعادة تدوير يزيد عن 95%.

2.4 التحليل المقارن الشامل لخصائص المواد

كما يتبين من الجدول أعلاه، هناك مقايضة واضحة-بين الأداء والتكلفة للمواد المختلفة: يتمتع PLA بشفافية وصلابة رائعة، ولكنه لا يتمتع بمقاومة كافية للحرارة؛ يتمتع PBAT بمرونة جيدة، لكنه يفتقر إلى القوة والمقاومة للحرارة؛ يتمتع PBS بمقاومة ممتازة للحرارة، ولكن بتكلفة أعلى؛ يتمتع PHA بأفضل صديق للبيئة، ولكن تكلفته تقيد-التطبيقات واسعة النطاق؛ تتميز المواد المعتمدة على النشا- بأقل تكلفة، ولكنها ذات أداء ضعيف نسبيًا.

3. التطور التكنولوجي واتجاهات الابتكار

3.1 الإنجازات التكنولوجية في 2021-2026

من عام 2021 إلى عام 2026، تم تحقيق العديد من الإنجازات الرئيسية في تكنولوجيا المواد الغذائية الجديدة المستخدمة في حاويات الطعام البلاستيكية-. في نظام تكنولوجيا PLA، يتطلب تخليق وتنقية اللاكتيد نقاءً يزيد عن 99.5% لضمان أداء المنتج، مما يؤدي إلى عمليات معقدة واستهلاك مرتفع للطاقة. ومع ذلك، من خلال إدخال المتوافقات التفاعلية وتكنولوجيا المركبات النانوية، تمت زيادة قوة تأثير المادة من 2-3 كيلوجول/م2 إلى 15-20 كيلوجول/م2. بالاشتراك مع عوامل النواة وعمليات التلدين، تجاوزت درجة حرارة التشوه الحراري 90 درجة.

في مجال تكنولوجيا تصنيع المواد- الحيوية، تعاونت مجموعة Anhui Fengyuan Group مع منصة محلية رائدة لتوصيل الأغذية لإنشاء "مركز الابتكار المشترك للتغليف القابل للتحلل الحيوي"، مع التركيز على تحسين خصائص حاجز PLA والمواد المركبة المعتمدة على الورق- في البيئات الرطبة والحارة. لقد نجحوا في تطوير نوع جديد من مواد حاويات الطعام التي يمكنها تحمل الغمر المستمر في ماء ساخن بدرجة 95 لمدة 60 دقيقة دون تشوه، وحققوا إنتاجًا ضخمًا في الربع الثاني من عام 2024.

كما تم تحقيق إنجازات كبيرة في مجال التكنولوجيا التحفيزية: يمكن للتكنولوجيا التحفيزية في درجة حرارة الغرفة-تحويل 95% من النفايات البلاستيكية المختلطة من PVC ومعدات الحماية الشخصية إلى بنزين عالي-أوكتان، مما يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 70%، مما يحول -صعوبة-معالجة المواد البلاستيكية المختلطة إلى موارد قيمة؛ حقق الكيتيناز الجديد من نوفوزيمز كفاءة تحلل بنسبة 96% و72% للمواد المركبة PLA/PBAT، مما أدى إلى تقصير دورة التحلل إلى 45 يومًا.

3.2 الابتكار في المحفزات الجديدة وعمليات الإنتاج

لقد أدت تقنيات المحفزات الجديدة إلى تحسين أداء المواد وكفاءة الإنتاج بشكل كبير. على سبيل المثال، أدت تقنية كربونات البوليول التي طورتها نوفومير في الولايات المتحدة إلى إنتاج مادة ذات قوة تمزق تبلغ 98 كيلو نيوتن/م، وهو تحسن بنسبة 60% مقارنة بالبولي إيثيلين التقليدي.

فيما يتعلق بعمليات الإنتاج، يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (CO₂) كعامل رغوة فيزيائي، ويتم إخضاع المادة لتقليل الضغط الفوري داخل القالب لتكوين بنية خلية مغلقة-بحجم ميكرون-، مما يعمل على تحسين أداء المواد وتقليل تكاليف الإنتاج. كما تم تحقيق اختراقات في مجال-تقنية التحلل الأنزيمي الحيوي. أدى الكوتيناز الجديد من نوفوزيمز إلى تحسين كفاءة تحلل المواد المركبة PLA/PBAT بشكل كبير، مما أدى إلى تقصير دورة التحلل إلى 45 يومًا، مما يوفر حلاً جديدًا لإعادة تدوير ومعالجة المواد القابلة للتحلل الحيوي.

3.3 المعالجة السطحية وتقنيات التشغيل

تلعب تقنيات المعالجة السطحية دورًا حاسمًا في تعزيز وظائف المواد. من خلال تعديل طلاء السطح، يمكن نقل وظائف خاصة إلى المواد مع الحفاظ على خصائصها المتأصلة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تطبيق طبقة حاجز عالية- على السطح الداخلي لحاويات الطعام PLA/PBAT إلى تحسين خصائص حاجز الأكسجين ومقاومة الماء بشكل كبير.

تُعد تقنية التحلل الحيوي للصور-اتجاهًا مهمًا آخر من اتجاهات التطوير. وفقًا لتقرير الاختبار الصادر عن المركز الوطني لمراقبة جودة المنتجات البلاستيكية وفحصها، فإن حاويات المواد الغذائية المصنوعة من مادة البولي بروبيلين القابلة للتحلل الحيوي والتي يتم إنتاجها محليًا تحتوي على صور-دورة تحلل تتراوح من 90 إلى 180 يومًا ومعدل تحلل يتجاوز 92%، وهو أعلى بكثير من المتطلبات القياسية الوطنية البالغة 80%. علاوة على ذلك، تسمح المقاومة الحرارية المحسنة للمنتج بدرجة حرارة مقاومة للحرارة تزيد عن 120 درجة، مما يقلل وقت التسخين بنسبة 18.3% ويقلل استهلاك الطاقة أثناء الاستخدام.

4. التقييم الشامل للتكلفة-الفوائد

4.1 تحليل تكلفة المواد الخام

في هيكل تكلفة مواد حاويات المواد الغذائية البلاستيكية الجديدة-، تمثل تكاليف المواد الخام النسبة الأكبر، حيث تصل إلى 65.2%، تليها تكاليف العمالة بنسبة 18.3%، وتكاليف التصنيع بنسبة 12.1%، والنفقات الأخرى بنسبة 4.4%. وفي عام 2026، من المتوقع أن ترتفع أسعار المواد الخام الرئيسية القابلة للتحلل بنسبة 15-25% مقارنة بعام 2025، مما يفرض ضغوطًا كبيرة على ربحية الشركات.

تختلف هياكل تكلفة المواد المختلفة اختلافًا كبيرًا: في تكاليف تصنيع PBAT، تمثل المواد الخام 65-70%، وتمثل الطاقة والإهلاك 15-20%، وتمثل تكاليف العمالة والتكاليف الأخرى حوالي 10%؛ بينما في تركيبة تكلفة PHA، تمثل المواد الخام (مصادر الكربون بشكل أساسي) 40-50٪، لكن استهلاك الطاقة، واستهلاك المعدات، وتكاليف معالجة مياه الصرف الصحي في مراحل التخمير وما بعد المعالجة معًا تتجاوز 40٪، مما يعكس عمليتها المعقدة وخصائصها كثيفة الاستخدام للطاقة.

4.2 مقارنة تكلفة الإنتاج بالمواد التقليدية

حاليًا، يبلغ متوسط ​​سعر الوحدة لتغليف المواد الغذائية القابلة للتحلل البيولوجي ما بين 2.3 إلى 2.8 أضعاف سعر منتجات PP/PS التقليدية. سعر الوحدة PLAغداء للذهاب إلى-الحاوياتيبلغ سعرها تقريبًا 0.8-1.2 يوان صيني/القطعة، في حين أن سعر حاويات الغداء التقليدية المصنوعة من البولي بروبيلين-0.35-0.45 يوان صيني فقط/القطعة. فيما يتعلق بتكاليف المواد الخام، فإن تكاليف إنتاج الوحدة من المواد القابلة للتحلل الحيوي السائدة مثل PLA وPHA وPBS لا تزال أعلى بكثير من المواد البلاستيكية التقليدية القائمة على البترول. في عام 2024، يبلغ متوسط ​​سعر PLA للتسليم في المصنع حوالي 28,000 يوان صيني/طن، في حين يبلغ سعر البولي بروبيلين التقليدي حوالي 9,000 يوان صيني/طن فقط.

ومع ذلك، مع زيادة الإنتاج-والتقدم التكنولوجي، تضيق فجوة التكلفة تدريجيًا. وفقًا لتقديرات الصناعة، من المتوقع أن تنخفض تكلفة وحدة PLA من حوالي 22000 يوان صيني/طن في عام 2024 إلى 15000 يوان صيني/طن في عام 2030، وستتقارب تكلفة PBAT أيضًا من النطاق الحالي البالغ 18000 يوان صيني/طن إلى نطاق 13000 يوان صيني/طن.

4.3 تقييم تكلفة إعادة التدوير والتخلص

تختلف تكاليف إعادة التدوير والتخلص من حاويات الغداء القابلة للتحلل -حسب نوع المادة وطريقة المعالجة. في عملية التسميد الصناعي، تتطلب المواد مثل PLA درجات حرارة عالية-وظروف رطوبة عالية-محددة، مما يؤدي إلى استثمار كبير في مرافق المعالجة. وفيما يتعلق بإعادة التدوير، يمكن إعادة تدوير مواد مثل PET من خلال تقنيات إعادة التدوير الكيميائية، ولكن التكاليف التكنولوجية مرتفعة.

كما أن تكاليف الامتثال البيئي لا يمكن إهمالها. بعد تنفيذ "الخطة الخمسية الرابعة عشرة-لخطة عمل مكافحة التلوث البلاستيكي" في عام 2021، تحتاج الشركات إلى الاستثمار في معالجة غاز النفايات، وإعادة استخدام مياه الصرف الصحي، وتصنيف النفايات الصلبة. يتحمل مصنعو صناديق الغداء الصغيرة والمتوسطة-متوسط ​​نفقات حماية البيئة السنوية من 500000 إلى 1 مليون يوان صيني تقريبًا. ومع ذلك، على المدى الطويل، فإن فوائد الامتثال كبيرة. وتُظهر الحسابات التي أجرتها جمعية الاقتصاد الدائري الصينية أن متوسط ​​التكلفة الشاملة لكل وحدة منتج للشركات المتوافقة انخفض بنسبة 18% مقارنة بعام 2020، ويرجع ذلك أساسًا إلى وفورات الحجم، والحوافز الضريبية، وانخفاض رسوم التخلص من النفايات.

4.4 التكلفة-تحليل الفعالية في سيناريوهات التطبيق المختلفة

تختلف فعالية التكلفة-للمواد الجديدة عبر سيناريوهات التطبيق المختلفة. في سيناريوهات تقديم الطعام والوجبات الجاهزة-الراقية، يكون المستهلكون أقل حساسية للسعر-وأكثر اهتمامًا بالسمات البيئية وتجربة المستخدم؛ في سيناريوهات المشتريات واسعة النطاق-مثل المقاصف المدرسية والوجبات الجماعية للشركات، يعد التحكم في التكاليف أكثر أهمية، حيث يتطلب تحقيق التوازن بين الأداء والسعر.

يمكن أن يؤدي تحسين تصميم التغليف أيضًا إلى تحسين الكفاءة بشكل كبير. إذا أخذنا حاويات الغداء المصنوعة من مادة البولي بروبيلين-على سبيل المثال، فباستخدام تصميم هيكلي خفيف الوزن، يمكن تقليل الوزن من 28 جرامًا إلى 24 جرامًا مع الحفاظ على القوة. على أساس الإنتاج السنوي الذي يبلغ 1 مليار وحدة، فإن هذا يوفر أكثر من 32 مليون يوان صيني من تكاليف المواد الخام سنويًا. تنطبق هذه الإستراتيجية أيضًا على المواد الجديدة القابلة للتحلل الحيوي؛ إن تقليل استخدام المواد من خلال التحسين الهيكلي يمكن أن يؤدي إلى خفض التكاليف بشكل فعال.

5. تحليل اختلافات السوق الإقليمية

5.1 الاختلافات في السياسات واللوائح

تختلف السياسات واللوائح بشكل كبير عبر الأسواق العالمية الرئيسية، مما يؤثر بشكل مباشر على وتيرة تطبيق المواد. نفّذ الاتحاد الأوروبي توجيه-الاستخدام الفردي للبلاستيك في عام 2021، حيث حظر 10 منتجات بلاستيكية شائعة الاستخدام -واشترط أن تكون جميع العبوات البلاستيكية قابلة لإعادة التدوير أو التحلل بحلول عام 2030. وتشتمل لائحة الاتحاد الأوروبي رقم 10/2011 على متطلبات صارمة بشأن انتقال البيسفينول أ (أقل من أو يساوي 1 ميكروغرام/كجم، وهو محظور في زجاجات الأطفال). قامت الصين بترقية "الحظر البلاستيكي" في عام 2020، حيث نصت صراحة على أنه بحلول عام 2025، يجب تخفيض معدل استخدام الأكياس البلاستيكية غير القابلة للتحلل-في قطاع تقديم الطعام والوجبات الجاهزة في المدن فوق مستوى المقاطعة إلى أقل من 5%. وهي تعمل على بناء نظام لسلامة المواد الملامسة للأغذية يتمحور حول سلسلة معايير GB 4806، مع تطبيق GB 4806.7-2023 "المواد والمنتجات البلاستيكية الملامسة للأغذية" في سبتمبر 2024، مع دمج معايير الراتنج والمنتجات وإضافة فئة بلاستيكية قائمة على النشا.

على المستوى الفيدرالي الأمريكي، لا يوجد حاليًا تشريع موحد، ولكن ولايات مثل كاليفورنيا ونيويورك أقرت "ضرائب على الأكياس البلاستيكية" وقوانين إلزامية للتغليف القابل للتحلل، مما أدى إلى إنشاء قوة دافعة "من القاعدة-إلى القمة". تنظم إدارة الغذاء والدواء (FDA) المواد البلاستيكية من خلال 21 CFR الجزء 177، مما يتطلب ألا يتجاوز إجمالي انتقال الأطعمة التي تحتوي على الماء -10 مجم/دسم² والأطعمة الزيتية 50 مجم/كجم.

5.2 الاختلافات في عادات المستهلك وطلب السوق

يتمتع السوق الأوروبي، المدعوم باللوائح البيئية الصارمة والعادات الاستهلاكية الناضجة، بأعلى معدل انتشار لأدوات المائدة القابلة للتحلل الحيوي، حيث يصل إلى 75% في عام 2023. وقد حققت دول مثل ألمانيا والسويد تغطية كاملة في قطاع الوجبات الجاهزة. وتمثل ألمانيا وفرنسا وإيطاليا والمملكة المتحدة 72% من الطلب الأوروبي، باستخدام 2.1 مليون طن من حاويات RPET وPLA الصديقة للبيئة سنوياً.

يعد سوق آسيا-المحيط الهادئ محركًا للنمو، حيث تساهم الصين واليابان وكوريا الجنوبية بنسبة 85% من حصة السوق الإقليمية. زاد حجم السوق الصينية بنسبة 85% على أساس سنوي-على-عام 2023، لكن معدل الاختراق يبلغ 28% فقط، مما يشير إلى إمكانات هائلة في السنوات الخمس المقبلة. وباعتبارها أكبر منتج ومستهلك في العالم، تمثل الصين أكثر من 60% من الطاقة الإنتاجية العالمية لحاويات المواد الغذائية القابلة للتحلل. مدفوعة بالسياسات البيئية، انخفضت نسبة مواد الـPS التقليدية إلى 35%، في حين تجاوزت حصة المواد القابلة للتحلل الحيوي مثل PLA وPBAT 28%.

يتمتع سوق أمريكا الشمالية بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 3.2% فقط من عام 2023 إلى عام 2025 بسبب بطء عملية اعتماد إدارة الغذاء والدواء للمواد الجديدة. باعتبار الولايات المتحدة مستهلكًا رئيسيًا لأدوات المائدة التي تستخدم لمرة واحدة على مستوى العالم، فإنها تتمتع بثقافة سائدة-للطعام السريع وأعمال الوجبات الجاهزة المتطورة، مما أدى إلى ارتفاع طلب المستهلكين على حاويات الطعام المريحة.

5.3 مقارنة نضج سلسلة التوريد

لقد شكلت الصين سلسلة صناعية كاملة، حيث تركزت أكثر من 80% من طاقتها الإنتاجية في شرق وجنوب الصين. لقد وصلت إلى مستويات متقدمة دوليًا في المواد السائدة مثل PLA وPBAT، ولكن لا تزال هناك فجوة في المواد-المتطورة مثل PHA؛ ولا تزال البنية التحتية لإعادة التدوير والمعالجة قيد الإنشاء. أنشأت أوروبا نظاماً شاملاً للتسميد الصناعي وإعادة التدوير، مع تركيز التطور التكنولوجي على إعادة تدوير المواد؛ ومع ذلك، نظرًا للقيود المفروضة على القدرات، ارتفع اعتمادها على المنتجات القابلة للتحلل الحيوي المستوردة من آسيا إلى 50%، وقد دفعت التحقيقات المتكررة لمكافحة الإغراق-بعض الشركات إلى إنشاء مصانع في الخارج.

وتركز سلسلة التوريد في أمريكا الشمالية على إنتاج البلاستيك التقليدي، مع عدم كفاية القدرة على إنتاج مواد جديدة قابلة للتحلل الحيوي. وهي تعتمد على الواردات من المواد الخام والمنتجات النهائية، ويركز التطور التكنولوجي على تحسين وظائف المواد. يعتمد نظام إعادة التدوير في المقام الأول على إعادة التدوير الميكانيكي، ولا تزال تكنولوجيا إعادة التدوير الكيميائي في المرحلة التجريبية.

6. الملخص والتوصيات

6.1 نتائج البحث الرئيسية

مستوى تكنولوجيا المواد:أصبحت المواد- القابلة للتحلل الحيوي هي السائدة، حيث يهيمن PLA وPBAT على السوق بحصة سوقية تبلغ 42% و32% على التوالي. من خلال تقنيات مثل المركبات النانوية وتعديل السطح، زادت درجة حرارة مقاومة الحرارة لـ PLA المعدل إلى 90-120 درجة، مما يلبي بشكل أساسي احتياجات تغليف المواد الغذائية الساخنة.
التكلفة-مستوى الفعالية:لا تزال تكلفة المواد الجديدة القابلة للتحلل الحيوي تعادل 2-3 أضعاف تكلفة مواد البولي بروبيلين التقليدية، لكن الفجوة تضيق باستمرار. ومن المتوقع أن تنخفض تكلفة PLA من 22,000 يوان/طن في عام 2024 إلى 15,000 يوان/طن في عام 2030، بانخفاض قدره 32%.
مستوى تطبيق السوق:إن التأثيرات التي تعتمد على السياسة-هي كبيرة. ارتفع معدل اختراق السوق لحاويات المواد الغذائية القابلة للتحلل الحيوي في الصين من أقل من 7% في عام 2021 إلى حوالي 18% في عام 2025؛ وقد زاد قبول المستهلك، حيث أعرب 76.3% من المستهلكين عن استعدادهم لدفع علاوة تتراوح بين 5% و10% للتغليف الصديق للبيئة.
الاختلافات الإقليمية:تتمتع أوروبا بأعلى معدل انتشار (75%)، والصين لديها أسرع نمو (85% سنويًا)، وأمريكا الشمالية لديها نمو بطيء (3.2%). تعد السياسات واللوائح، وعادات المستهلك، ونضج سلسلة التوريد من العوامل المؤثرة الرئيسية.

6.2 اتجاهات البحث المستقبلية

• تحسين أداء المواد: Focus on developing high-temperature resistant (>120 درجة)، ومواد مقاومة للزيت-، وقابلة للتحلل البيولوجي ذات حاجز عالي- لتوسيع سيناريوهات التطبيق.
• تقنيات خفض التكلفة:يمكنك تقليل تكلفة المواد-المتطورة مثل PHA من خلال الابتكار في تقنيات التخمير البيولوجي والتخليق الكيميائي لتعزيز التطبيقات-على نطاق واسع.
• تقنيات إعادة التدوير والمعالجة:تطوير تقنيات إعادة تدوير المواد القابلة للتحلل الحيوي المناسبة للظروف الوطنية للصين وبناء نظام اقتصادي دائري كامل.
• تقنيات التغليف الذكية:دمج وظائف الاستشعار والتتبع والاستجابة البيئية لتطوير مواد التعبئة والتغليف الذكية القابلة للتحلل.
• تقييم دورة الحياة:إنشاء نظام علمي لتقييم الأثر البيئي لإجراء تقييم شامل للفوائد البيئية للمواد.
• بحوث السياسات والآليات:استكشاف آليات الحوافز السياسية التي تتكيف مع المناطق المختلفة لتعزيز تطبيق السوق للمواد القابلة للتحلل.

• 

تعد المواد الغذائية الجديدة-التي تستخدم في حاويات المواد الغذائية البلاستيكية بمثابة طريق رئيسي لمعالجة التلوث البلاستيكي. ومن خلال الجهود المتضافرة للابتكار التكنولوجي، ودعم السياسات، وترويج السوق، من المتوقع أن تحتل هذه المواد مكانة مهمة في قطاع تغليف المواد الغذائية بحلول عام 2030، مما يوفر الدعم لبناء نظام صناعة التعبئة والتغليف المستدام.