海藻包裝：可持續(xù)發(fā)展的未來？
發(fā)布時間：2024-04-19
海藻在海洋和淡水中自然生長，不需要任何額外的物質(zhì)即可生長。例如，當(dāng)涉及可持續(xù)發(fā)展時，預(yù)計將通過生產(chǎn)熱塑性單體PLA來減少化石塑料的使用。它的維生素、礦物質(zhì)和纖維含量也被認為使其適合可食用包裝應(yīng)用。
由于海藻是多糖的來源，因此預(yù)計可作為原材料或活性劑——也許是比其化學(xué)替代品更好、更可持續(xù)的解決方案?？茖W(xué)家表示，由于其天然的抗氧化特性，多糖還可以最大限度地減少脂質(zhì)氧化，并延長包裝食品的保質(zhì)期和營養(yǎng)價值。
海藻存在三種主要類型——紅色、棕色和綠色。從科學(xué)角度來說，這些色素分別屬于紅綠植物、黃綠植物和葉綠植物的類別。紅海藻含有硫酸半乳聚糖，主要應(yīng)用于食品工業(yè)應(yīng)用的生物聚合物，還具有膠凝、乳化和增稠特性，這顯然使其可用于食品和醫(yī)療應(yīng)用。
與此同時，從褐海藻中提取的多糖被認為會影響薄膜包裝的特性，并在活性包裝的生產(chǎn)中加入檸檬酸和酶等化合物。根據(jù)研究，這一過程具有可持續(xù)發(fā)展的潛力。當(dāng)應(yīng)用于包裝時，據(jù)說它們可以增加親水性或在水中的溶解度，并增強其機械性能，例如拉伸強度和斷裂伸長率。
各種科學(xué)研究已經(jīng)檢驗了海藻包裝所表現(xiàn)出的特殊品質(zhì)——由殼聚糖和卡拉膠制成的混合薄膜顯然可以生產(chǎn)出具有光滑表面、高拉伸強度和改進的耐水性的軟包裝。特別是，κ-卡拉膠降低了水蒸氣滲透性、水溶性和斷裂伸長率。有機硫化合物異硫氰酸烯丙酯的添加還提高了阻氣性和涂布性能。
特定類型的海藻，例如喜伸長海條藻，通常被稱為丁字草、海丁草或海意大利面條——可以抑制革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的生長。這意味著它們的細胞壁分別保留和不保留用于細菌分化的革蘭氏染色方法中的結(jié)晶紫染色，正因為如此，丁字草可以用作抗菌包裝。
為什么是海藻呢？
其他行業(yè)已經(jīng)在產(chǎn)生海藻廢物。例如，食品工業(yè)遵守嚴格的質(zhì)量標(biāo)準，導(dǎo)致不可食用的海藻被半途而廢。如果它重新進入自然環(huán)境，可能會對海洋生物產(chǎn)生不利影響。
這是因為對海藻的需求不斷增長刺激了其種植。根據(jù)Data Bridge Market Research的數(shù)據(jù)，“在沒有額外物流支持的情況下，產(chǎn)品保質(zhì)期的延長是預(yù)測期內(nèi)（2022-2029年）推動全球海藻包裝市場增長的一個主要因素”，以及人們越來越關(guān)注可持續(xù)包裝解決方案、不斷變化的立法和政府政策以及“建立植物來源等原材料基地”。
將海藻加工成各種形式的能力預(yù)計將是其市場增長背后的另一個原因，但 Data Bridge Market Research警告稱，由于新冠疫情導(dǎo)致生產(chǎn)暫時停滯，以及塑料替代品在拉伸強度方面具有明顯的優(yōu)勢。盡管如此，該組織預(yù)計到2029年海藻包裝的市場價值將達到6.1342億美元，得斯瑪預(yù)計到2030年歐洲這一數(shù)字將達到94億歐元。
可持續(xù)性也是一個驅(qū)動因素。材料創(chuàng)新公司Kelpi解釋說，海藻不需要耕地、肥料或淡水來生長，并且具有碳吸收性。從理論上講，這會產(chǎn)生一種可再生、可持續(xù)和負碳的過程，使海洋脫酸和脫氧，節(jié)省寶貴的資源，并為生物材料的生產(chǎn)提供碳水化合物來源。文森特·杜梅澤爾在其著作《藻類革命》中表示：“如果我們在全球9%的海洋中種植海藻，每年就可以從大氣中去除530億噸二氧化碳，封存的碳比目前排放的還要多?！?/span>
Notpla一份影響報告表明，其基于海藻的包裝設(shè)計已避免283萬件一次性塑料泄漏到環(huán)境中；此外，到2022年，其產(chǎn)品已取代4.4噸塑料，去年通過銷售Notpla涂料減少了19噸二氧化碳當(dāng)量。它還進行了LCA，聲稱與傳統(tǒng)紙質(zhì)包裝相比，影響減少了70%；與紙質(zhì)和亨氏番茄醬袋相比，二氧化碳當(dāng)量分別減少88%和72%；與PLA襯里相比，對土地的影響有88%的差異。
人們認為廣泛種植海藻也不會占用太多空間。如果歐洲海藻協(xié)會關(guān)于歐洲海藻養(yǎng)殖將在各個部門使用280萬至830萬噸新鮮海藻的預(yù)測是正確的，Notpla計算出這將需要7,700至26,300公頃的種植能力——最多，這將符合 進入大西洋約404,790次。
話雖如此，F(xiàn)utureBridge和PKG Branding對海藻包裝的價格也做出了類似的觀察。目前，由于需要手工加工，其成本高于塑料。價格上漲可能會阻礙公司進行轉(zhuǎn)型，或者，對于可支配收入較少的小型組織來說，價格上漲可能會成為一個徹底的障礙。
Undecided還將費用歸因于海藻材料的擴大規(guī)模仍在進行中。在大多數(shù)情況下，它仍處于試點規(guī)模。對于許多公司來說，轉(zhuǎn)變的機會不會立即出現(xiàn)，但隨著試驗、原型和技術(shù)發(fā)展的不斷出現(xiàn)，在不久的將來出現(xiàn)這種可能性并非不可想象。
我們應(yīng)該留意誰？
Data Bridge Market Researc的報告指出，Notpla、Tomorrow Machine SE和Mantrose UK等歐洲組織是海藻包裝的主要參與者。早在2014年，Tomorrow Machine就與初創(chuàng)公司Infarm合作開發(fā)了一種名為Microgarden的室內(nèi)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。作為一個可以隨意折疊和展開的微型溫室，該解決方案聲稱由可重復(fù)使用的塑料制成，并使用基于海藻的透明瓊脂凝膠作為生長介質(zhì)，植物可以從中吸收水分——這顯然意味著種植者永遠不需要給他們的植物澆水。
大約在這個時候，Notpla成立，該品牌于2019年得到鞏固。目前，其30%的紙板材料采用其他海藻生產(chǎn)的未指定副產(chǎn)品，并優(yōu)化其紙張性能，將其添加到紙漿混合物中。據(jù)說整個過程不含可能影響產(chǎn)品生物降解性的合成添加劑，如施膠劑和穩(wěn)定劑—.報道，生產(chǎn)過程是在沒有使用化學(xué)處理的情況下完成的，而且，該紙板聲稱可以在家庭堆肥環(huán)境中生物降解，跨度為6周。
Notpla 的防油防水包裝形式具有由海藻制成的無塑料阻隔層，已被英國、奧地利、波蘭、德國、荷蘭和愛爾蘭的Just Eat網(wǎng)上商店采用。該包裝還在溫布利球場舉行的女子歐洲杯決賽中分發(fā)；都靈女子冠軍聯(lián)賽決賽；在塞維利亞舉行的男子歐洲聯(lián)賽決賽；以及在維也納舉行的Erste Bank Open ATP 500網(wǎng)球錦標(biāo)賽。Lucozade Sport在2018年的體育賽事中也使用了其Ooho可食用泡沫。自此，Notpla的海藻包裝成為第一種被荷蘭政府根據(jù)歐盟一次性塑料指令認定為“無塑料”的材料。
FlexSea被提名為2022年可持續(xù)發(fā)展獎商業(yè)化前氣候類別的決賽入圍者。它不是在內(nèi)部生產(chǎn)自己的材料，而是依賴紅海藻，而紅海藻顯然已經(jīng)大規(guī)模種植了半個多世紀 。與此相反，棕色海藻源自野生海帶或海灘上部分分解的馬尾藻，用于生產(chǎn)柔性生物塑料。該產(chǎn)品再次聲稱可以在8-12周內(nèi)進行家庭堆肥和生物降解，甚至聲稱它是天然的，可以食用。
同年，清潔技術(shù)初創(chuàng)公司 Sway 以海藻為基礎(chǔ)的替代石油塑料的解決方案被選為湯姆福特塑料創(chuàng)新獎的決賽入圍者，該公司后來與Notpla和Zerocircle一起贏得了該獎項。該公司將其包裝描述為在家庭和工業(yè)環(huán)境中“可快速堆肥”，其材料有望肥沃土壤并抵消傳統(tǒng)塑料造成的環(huán)境危害。Sway目前專注于柔性薄膜包裝，將其材料應(yīng)用于食品、服裝和家庭護理產(chǎn)品的袋子、塑料袋和產(chǎn)品窗口。經(jīng)認證為100%生物基；顏色、紋理和透明度可定制，并具有熱封性以及對空氣和油的低滲透性。
截至2023年，Kelpi已獲得超過300萬英鎊的資金，用于開發(fā)用于可回收和可家庭堆肥的食品、飲料和化妝品包裝的海藻基生物材料涂層。
Go Do Good Studio也正在將一種“無塑料”柔性材料商業(yè)化，該材料由從印度沿海地區(qū)收集的海藻制成。該解決方案還聲稱可在八周內(nèi)完全生物降解，提供耐油、耐水、食品級、可家庭堆肥的材料，用于生產(chǎn)保鮮膜、可食用薄膜和透明袋。該公司從印度海岸采購海藻，旨在縮短供應(yīng)鏈，支持當(dāng)?shù)貪O民社區(qū)（其中很大一部分生活在貧困線以下），并解決據(jù)報道在印度產(chǎn)生的1100萬噸一次性塑料廢物。
然而，創(chuàng)新并不局限于以海藻為主的產(chǎn)品。海藻還不能也不打算在所有情況下取代塑料，但可以作為某些應(yīng)用的替代品，例如SUPA的“無塑料”生態(tài)伴侶紙瓶的內(nèi)部涂層。為了防止水損壞，涂層由海藻和天然植物乳膠組成，并含有可生物降解的促進劑，預(yù)計可在使用壽命結(jié)束時促進其自然分解。得斯瑪此前曾嘗試過海藻等天然材料的生產(chǎn)工藝，此前該公司研究了如何將海藻纖維應(yīng)用到紙張和包裝產(chǎn)品中，作為木材的替代纖維來源。
海藻包裝的下一步是什么？
Seaweed for Europe預(yù)計海藻將減少540萬噸二氧化碳排放，使歐洲富營養(yǎng)化沿海水域免受數(shù)千噸氮和磷的影響，保護海岸免受侵蝕，并保護生物多樣性。到2030年，歐洲海藻產(chǎn)業(yè)可能創(chuàng)造約15萬個就業(yè)崗位。
歐洲海藻項目總監(jiān)阿德里安·文森特表示：“區(qū)分野生海藻的收獲和海藻養(yǎng)殖非常重要。前者包括從天然水下森林中收獲海藻，并以允許資源自然再生的方式進行收獲。如今，歐洲99%的海藻產(chǎn)量是從野外收獲的，但這部分行業(yè)在過去十年中一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。”
因此，他鼓勵海藻“孢子”在孵化場的水下繩索和網(wǎng)上生長。他相信，這一目標(biāo)可以在比目前更大的規(guī)模上實現(xiàn)——不僅在海岸線上，而且正如研究和試點開始表明的那樣，在近海大型海藻養(yǎng)殖場上實現(xiàn)，甚至可能與風(fēng)電場整合。例如，工業(yè)規(guī)模的生物精煉廠可以有助于增加生物聚合物的產(chǎn)量。
Oceanium已經(jīng)憑借其“綠色清潔”生物精煉技術(shù)朝著這一愿景邁進。其生物精煉設(shè)施從農(nóng)民網(wǎng)絡(luò)中采購海藻，顯然利用整個工廠來生產(chǎn)營養(yǎng)保健品和藥妝品、蛋白質(zhì)和纖維以及用于生物包裝的海藻基材料。
B’Zeos有一個類似的、據(jù)稱是綠色的過程，即培育海藻，然后混合材料并制造包裝，聲稱可以家庭堆肥、可回收，甚至可以食用。該公司目前正致力于柔性薄膜和紙張涂布的生產(chǎn)去年年底，它從Eureka Network獲得了1200歐元的Eurostars資金，用于與其合作伙伴Moses Productos合作開發(fā)SeaweedPack研發(fā)項目。
FlexSea基于海藻的3D打印顆粒用于家庭可堆肥材料的原型設(shè)計，目前正處于預(yù)商業(yè)化階段。它由紅海藻多糖和少量生物基添加劑制成，其加工溫度低，生產(chǎn)過程對土地、水和化學(xué)品要求不高，旨在超越可家庭堆肥的競爭對手PHA/B。
FlexSea聲稱，該顆粒與3D打印噴嘴而不是長絲兼容，這種解決方案被認為可以降低成本和能源消耗，并通過無需將材料重新加工成長絲形式來保持聚合物鏈的完整性。該公司表示，目前正在針對食品接觸和食品遷移認證以及最高的可堆肥性和生態(tài)毒性標(biāo)準進行測試。
斯威補充說，海藻領(lǐng)域的進一步進展取決于研究人員回答有關(guān)其使用的生態(tài)效益和影響的剩余問題。這些應(yīng)該為海藻養(yǎng)殖場的發(fā)展和生態(tài)驅(qū)動監(jiān)管的引入提供信息。此外，價值鏈上的利益相關(guān)者，從農(nóng)民和產(chǎn)品創(chuàng)新者到保護組織和政策制定者，應(yīng)該討論、辯論并建立海藻產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的共同愿景。
毫無疑問，海藻方面還有更多的發(fā)展空間。盡管這是包裝領(lǐng)域相對較新的發(fā)展，但該解決方案理論上滿足了修訂后的包裝和包裝廢物指令議程中的幾個方框，并聲稱可以滿足整個行業(yè)制造商的不同需求。隨著它進一步擴大規(guī)模并發(fā)布更全面的可持續(xù)發(fā)展證書，這無疑是一種值得關(guān)注的新材料。
