Kilematerjalidest ja kilekottidest. Anti Viikna

6. juuni 2009

Tallinna Tehnikaülikooli professor, Polümeermaterjalide instituudi direktor

Kile kui materjal on tinglikult kahemõõtmeline füüsikaline keha, mille paksusmõõde on pikkuse ja laiusega võrreldes tühine. See kuju annab kilele erilised omadused, näiteks painduvuse ja materjalist (polümeerne, metall) olenevalt ka teatava elastsuse, tugevuse ja venivuse. Just hea painduvus piisava tõmbetugevuse juures on see hinnatud omadus, mille pärast kasutatakse polümeerseid kilesid laialdaselt nii tehnikas, olmes kui kaubanduses ja seda tihti pakendimaterjalina. Samal põhjusel ei ole leitud ka alternatiivseid materjale.

Kõige rohkem kasutatakse kilesid mitmesuguste toodete pakkematerjalina ning  kilekottide valmistamiseks. Järgnevad näiteks põllumajanduses ja aianduses kasutatavad katte- ja multškiled ning kasvuhoonekiled. Kiledega lamineeritakse ja kaetakse raamatukaani ja kõikvõimalikke materjale, näiteks riiet. Kilesid kasutatakse ka komposiitmaterjalide valmistamisel. Nii et kilesid on kõikjal.

Käesolevas kirjutises on juttu polümeersetest kiledest, mis on kõige enam levinud. Metalsetest kiledest on tuntuim  alumiiniumfoolium, rahvakeeli hõbepaber, mille rakendusvaldkonnad on hoopis teised kui polümeersetel kiledel ning mille keskkonnaohtlikkuse pärast ei ole seniajani veel muretsetud. Ka paberit võib tinglikult kilede hulka liigitada.

Aegade jooksul on kilesid valmistatud mitmesugustest materjalidest. Üks esimesi sellelaadseid pakkematerjale on siiani kasutatav tsellofaan, mille avastas Šveitsi keemik Jacques E. Brandenberger juba 1900. aastal. Tsellofaan on õhuke ja läbipaistev regenereeritud tselluloosist valmistatud kile, mida kasutatakse peamiselt toiduainete pakendamisel, sest sellel on madal hapniku, õlide ja tahkete rasvaainete, ka bakterite läbilaskevõime. Puhas tsellofaan oli algselt siiski veeaurule läbitav, mis piiras selle materjali rakendust, kuid hiljem see puudus kõrvaldati. Tsellofaan esindab üht esimest tehiskilet, mis on soodsates tingimustes täielikult biolagunev ja mille valmistamiseks on kasutatud looduslikku polümeerset ainet – tselluloosi.

Kilede valmistamiseks vajaliku toorme otsingud kestavad juba teist sajandit. Esialgu olid selleks looduslikud polümeersed ained, nagu teraviljatärklis, kaseiin, želatiin, munavalk, kollageen, mis esindasid looduslikke kõrgmolekulaarseid aineid ja mida omakorda töödeldi keemilis-füüsikalistel meetoditel materjaliks, millest sai kilet valmistada. Need kiled, samuti kiud, niidid ja tekstiilid on spetsiifilistes rakendustes kasutusel tänapäevani. Looduslike materjalidena ongi need enamasti biolagunevate ja kompostuvate omadustega, kuid nende muud füüsikalis-mehaanilised näitajad ei konkureeri sünteetiliselt saadud kiledega, millest enamik ei ole kahjuks biolagunevad.

Looduslikest ainetest materjali, millest valmistatakse paljusid tooteid, ka kilet, nimetataksebioplastiks. See ei pea alati olema biolagunev, aga sellega säästetakse fossiilseid maavarasid. Samas aga ei suurenda bioplastid kasvuhooneefekti tekitavate gaaside, peamiselt CO2 heidet loodusesse, sest loodus on need ise looduslikust CO2-st sünteesinud. Bioplaste kasutatakse näiteks pakendite, pakkematerjalide, toidunõude, mähkmete ja hügieenivahendite valmistamiseks. Enim levinud bioplastid, millest valmistatakse mitmesuguseid tooteid ja ka kilet, on alljärgnevad.

1.       Tärklisel põhinevad plastid, hõlmavad ligikaudu 50% bioplastiturust. Tärklist kasutatakse rohkesti polükaprolaktooni (PCL), polüvinüülalkoholi (PVA) ja polülaktiidiga segamiseks, et kiirendada nende polümeeride biolagundatavust. Tuntuim materjal on Mater-Bi.

2.       Polülaktiid (PLA), mida toodetakse pilliroosuhkrust või glükoosist.

3.       Polü-3-hüdroksübutüraat (PHB) on polüester, mida toodetakse bakterite abil glükoosist või tärklisest. Materjalist võib valmistada täielikult biolagunevat läbipaistvat kilet temperatuuril üle 130 ºC.

4.       Polüamiid 11 (PA11), mida toodetakse küll looduslikest õlidest, kuid ei ole kahjuks biolagunev.

Itaalia bioplastitootja Novamount väidab, et ühe kilogrammi tärklisel põhineva bioplasti tootmiseks kulub 500 g fossiilkütust, mis on 80% tavapärase polüetüleeni tootmiseks kuluvast energiahulgast. See kütus kulub näiteks taimekasvatuses põllumajanduslikeks maaharimistöödeks, vilja veoks ja töötlemiseks, väetiste ja taimekaitsevahendite tootmiseks. Samuti tekib konkurents toiduteravilja kasvatamisele, sest üks kilogramm bioplasti nõuab 1,62 m2 toorme kasvupinda Teades aga bioplastide tootmismahtusid võib välja arvutada juba praegu  taimekasvatuseks vajaliku põllumaa. COPA (Committee of Agricultural Organisation in the European Union) andmetel on bioplastide vajadus Euroopas 2011. aastal 1,5 miljonit tonni. Seega on bioplastide tootmine üsna energiamahukas ja ilmselt konkureerib toiduainete tootmisega. Kas see ongi hea? Mõningate hinnangute kohaselt kulub näiteks prügikottide valmistamiseks aastas 100 000 tonni, multškilena 130 000 tonni bioplaste. Üle maailma vajatakse aga 2010. aastal kõiki plastiliike  220 miljonit tonni ja bioplastide osakaal selles on siiski suhteliselt väike.

Suhteliselt keerukas on aga defineerida mõisteid biolagunevus ja kompostuvus. Biolagunevus on üldine, defineerimata näitajatega mõiste. Nii kehtib Euroopas standard EN13432, mis nõuab, et biolagunev materjal peab tööstusliku kompostimise käigus 90% ulatuses 90 päeva jooksul lagunema. USA-s kehtiv standard ASTM6400 on leebem ja nõuab 60%-list lagunemist 180 päeva jooksul tööstusliku kompostimise tingimustes. Standardeid on teisigi. Kompostumine tähendab seda, et kompostis olev biolagunev kile laguneb teatud tingimustel ja bakterite elutegevuse toimel CO2-ks, veeks, energiaks ja biomassiks, mis arvatakse komposti hulka. Looduses tekib sellisest biomassist mullaviljakust suurendav huumus. Kompostumise eeldus on vee, õhu ja soojuse (kuni 60 ºC) olemasolu kompostis.

Palju muret on biolagunevate plastkottide säilitamise, taaskasutamise, eriti aga regranuleerimisega. Olles loodud lagunevaks materjaliks on nende säilitamisel nõutavad kindlad keskkonnatingimused, kus mikroorganismid ei paljuneks. Kottide mitmekordse kasutamise võimalused, näiteks poest kauba kojutoomisel, on väikesed, sest jällegi tekib bioplasti kontrollimatu lagunemine ja kott lihtsalt ei kanna enam. Puuduseks on ka see, et kõige rohkem regranuleeritakse polüetüleenkilest pakendeid, kotte. Kui polüetüleeniga seguneb biolagunevat plasti, halveneb polüetüleeni regranulaadi kvaliteet tunduvalt.

Kahjuks on kaubandusvõrku tekkinud nn okso-biolagunevad plastid, näiteks okso-biolagunevast polüetüleenist kilekotid, mida reklaamitakse kui biolagunevaid ja isegi kompostuvaid, mis tegelikult ei vasta ühelegi biolagunemise ja veelgi vähem kompostuvuse standarditega kehtestatud nõuetele. Sellised biolagunevad kilekotid on jõudnud ka meie kaubandusvõrku. Tegelikult on need kotid valmistatud tavalisest polüetüleenist või polüpropüleenist, polüetüleentereftalaadist ning mõnikord ka polüvinüülkloriidist (kõik tuntud kui bioloogiliselt mittelagunevad ja mittekompostuvad materjalid), mille koostisse on lisatud  siirdemetalle, nagu nt Co, Mn, Fe, mis põhjustavad polümeeri makromolekulide lõhustumist keemilise oksüdatsioonireaktsiooni kaudu. Seda initsieerib UV-kiirgus ja soojendamine, mille tulemusel laguneb kile omakorda väikesteks tükkideks, mis väidetavalt bioloogiliselt edasi lagunevad. Tegelikult ei ole kile lagunemine tükkideks bioloogiline, vaid puhtalt keemiline protsess. Kile lagunemine väikesteks tükkideks ei lahenda jäätmemuret, sest need tükid ei kao loodusest kuhugi. Tekib hoopis oht, et need levivad kergesti maad mööda laiali ja satuvad ka veekogudesse, kus nad muutuvad ohtlikuks näiteks kaladele, sest siirdemetallid ei kao kuskile.

Polüetüleenkile looduses lagunemist on püütud kiirendada ka sel teel, et polüetüleeniga segatakse näiteks biolagunevat tärklist. Tärkliseterakestest toituvad mikroorganismid ja tänu sellele muutub kile pärast tärklise “väljasöömist” poorsemaks, selle sisemine pind suureneb. Kilesse pääseb rohkem hapnikku ja niiskust ning kile omandab kiirema lagunemisvõime. Küsitavusi on aga palju: kile muutub nõrgemaks, bakterite juurdepääs tärkliseterakestele on siiski limiteeritud ja soodsad tingimused peavad olema loodud bakterite elutegevuseks. Tallinna Tehnikaülikoolis uuriti tärklise asendamise võimalust linaluutolmuga. Töötati välja heade  tugevusomadustega kile, kahjuks ei ole see kile siiski biolagunev ega kompostuv.

Omaette küsimusi kerkib seoses sünteetilisest plastist valmistatud kiledega, millest tuntuim ja enim levinud on madaltihedast polüetüleenist valmistatud kile. Veel võib kilet valmistada kõrgtihedast polüetüleenist, polüpropüleenist, polüvinüülkloriidist ja teistest sünteetilistest plastidest. Kile võib olla näiteks mitmekihiline ja kuumutamisel kokkutõmbuv.  Kilede kasutamine on väga levinud, eriti pakkematerjalina ja kilekottidena, millest omakorda on tuntuimad kaubanduses kasutatavad kandekotid. Polüetüleenist kilekotid on välja tõrjunud paberkotid. Selleks on ka omad põhjused. Nii näiteks on arvutused kinnitanud, et peale palju paremate mehaaniliste omaduse (kandevõime, elastsus) kulub plastkottide valmistamiseks, veoks ja regenereerimiseks vähem energiat kui paberkottide puhul, need on taaskasutatavad ja regranuleeritavad, genereerivad vähem kasvuhoonegaase, ei mürgita õhku ega vett, on toiduainete hoidmisel pikka aega steriilsed, kandekotte võib prügikottidena edasi kasutada. Plastkottidel on ka mitmeid puudusi: need on valmistatud nafta ja maagaasi baasil, mille varud on lõplikud???, need ei ole biolagunevad ega kompostuvad, hooletul käsitsemisel kujutavad need ohtu lastele ja keskkonnale (nt saastumise seisukohast). Ka paberkottides kasutatav tselluloos ei lagune alati täielikult. Nii on teadlased viimasel ajal leidnud, et Tallinna tselluloosivabriku heitvetega Tallinna lahte sattunud tselluloos, mis on pikka aega mere põhja ladestunud, tõuseb vee teatud liikumise tulemusel üles ning see osa tselluloosist laguneb bioloogiliselt, põhjustades mererannas ebameeldiva lõhna teket.

Mida siis teha selliste kasutatud sünteetiliste kiledega? Nagu teame, kasutatakse nt kilepakendeid, põllumajanduskilesid, ka prügikotte enamasti üks kord, kandekotte ostude kojutoomiseks vast rohkem kordi. Kaupade ja toiduainete pakkekiled purunevad tihti pakendi avamisel. Neid ei saagi uuesti kasutada. Pealegi on näiteks põllumajanduskiled saastunud mulla ja kemikaalidega, kilekottidele on kantud tekst värvainega.

Olukorrast aitab välja pääseda eelkõige see, et kiled looduses ei lagune ning termoplastseid kilesid saab taaskasutada, s.t pärast ettevalmistamist ja ümbertöötamist (regranuleerimist) uute toodete valmistamiseks taas ringlusesse saata. Biolagunevad kiled selleks ei sobi. Paljudes maades on korduskasutus õigusaktidega reguleeritud. Eesti keskkonnastrateegia aastani 2030 ja Euroopa Liidu kuues keskkonnaalane tegevusprogramm seavad jäätmehoolduse valdkonnas põhieesmärgiks eelkõige jäätmetekke märkimisväärse vähendamise. Põhieesmärgini jõudmiseks vajalikud tegevused on vahetult seotud jäätmehierarhia rakendamisega: kui jäätmetekke vältimine või olulisel määral vähendamine osutub võimatuks, tuleb jäätmeid nii palju kui võimaliktaaskasutada, sh korduskasutada, ringlusse võtta ning viia jäätmeid prügilasse minimaalsel hulgal. Eesti keskkonnastrateegia näeb ühe konkreetse sihina tekkivate jäätmete ladestamise vähenemist 30% võrra aastaks 2030, kusjuures eesmärk on oluliselt vähendada tekkivate jäätmete ohtlikkust ning ohtlike ainete sisaldust jäätmetes. Alates 2009. aasta 1. jaanuarist tuleb pakendijäätmeid, sh polüetüleenkilet taaskasutada järgmiselt: 1) pakendijäätmete kogumassist 60% kalendriaastas; 2) pakendijäätmete kogumassist ringlussevõetuna vähemalt 55% ja mitte rohkem kui 80% kalendriaastas. See tegevus aga eeldab kasutatud kilede ja kilepakendite kogumist, tükeldamist, pesemist, regranuleerimist. Protsess on üsna töömahukas ja saadava regranulaadi kvaliteedinäitajad küllaltki kõikuvad.

Teine väljapääs oleks kilekotte ja pakendeid sisaldav orgaanilist päritolu prügi põletada, muutes selles sisalduva energia soojus- või elektrienergiaks. See protsess ei ole aga lihtne ning vajab eriseadmeid, mis tagavad orgaanika täieliku lagunemise ilma dioksaani sisaldavate ja tihti kahjulike heitgaaside tekkimiseta. Üks selline tehnoloogia on jäätmete gaasistamine ja tekkinud gaasi põletamine. Ei ole aga sugugi selge, kuidas selles protsessis käitub näiteks polüetüleen. Sellist tüüpi soojusjaam on kavas ehitada Tallinnasse. Meetodi suureks puuduseks võib pidada ka suure hulga CO2 heidet looduskeskkonda. CO2  allikas on just fossiilkütuste baasil saadud plastide põletamine.

Kolmandaks võib leppida sellega, et prügilasse sattunud prügikotid maetakse prügi alla ja jäädakse ootama aegu, kui neid sealt ammutatuna osatakse paremini kasutada. Nagu juba mainitud, ei ole polüetüleen bioloogiliselt lagunev ega kompostuv, seega võib see säilida soodsates tingimustes, ilma UV-kiirguse  ja õhuhapniku juurdepääsuta määramatu aja.
Kokkuvõtteks näeme, et nn kilekotimure on mitmetahuline. Lahenduse leidmine sõltub paljuski tehnoloogia ja materjaliteaduse arengust. Vähetähtis ei ole ka inimeste teadlikkus ja sellele vastav käitumine. Kui teatakse, et loodusesse sattunud kilekott seal ei lagune, on õige loodust plastijäätmetega mitte reostada, vaid kõik plastpakendid kokku koguda. Nii mõneski riigis on  kodanike lohakuse tõttu kilekottide kasutamine keelatud. Suur roll plastijäätmete kogumisel on riigil, kes peaks tagama oma kodanike kogutud kilede ja plastkottide äraveo ning edasise käitlemise. Edukalt tehakse seda klaastaara kogumisel ja ringlusse suunamisel.  Kas rakendada ka kilekotile pandiraha?