Σκεφτείτε πόσες φορές μέσα στη μέρα πιάνετε στα χέρια σας μια απόδειξη, ένα εισιτήριο ή μια ετικέτα αποστολής χωρίς καν να το σκέφτεστε. Το θερμικό χαρτί είναι παντού στη ζωή μας, στο σούπερ μάρκετ, στα ταξίδια, στις online παραγγελίες, ακόμη και στον χώρο της υγείας.
Κι όμως, αυτό το τόσο καθημερινό αντικείμενο κουβαλά ένα περιβαλλοντικό και υγειονομικό αποτύπωμα πολύ μεγαλύτερο απ’ όσο φανταζόμαστε. Παράγεται σε τεράστιες ποσότητες, περνά από αμέτρητα χέρια και συχνά ανακυκλώνεται, με αποτέλεσμα οι χημικές ουσίες που περιέχει να καταλήγουν στο νερό, στο έδαφος και τελικά σε εμάς τους ίδιους.
Το «μυστικό» του θερμικού χαρτιού κρύβεται σε μια λεπτή, θερμοευαίσθητη επίστρωση. Εκεί συνυπάρχουν μια χρωστική και ένας ενισχυτής χρώματος. Όταν το χαρτί ζεσταθεί, η επίστρωση λιώνει, τα δύο συστατικά έρχονται σε επαφή και ξαφνικά το κείμενο εμφανίζεται. Ο ενισχυτής παίζει καθοριστικό ρόλο γιατί ρυθμίζει τη θερμοκρασία στην οποία γίνεται αυτή η αλλαγή, λειτουργώντας ως «μεσάζων» που φέρνει κοντά τα μόρια για να συμβεί η εκτύπωση.
Οι τοξικές δισφαινόλες…
Για δεκαετίες, τον ρόλο του ενισχυτή έπαιζαν μόρια που ονομάζονται δισφαινόλες, όπως η δισφαινόλη Α (BPA) και αργότερα η δισφαινόλη S (BPS). Πρόκειται για ουσίες αποτελεσματικές και φθηνές, αλλά με σοβαρό τίμημα για την υγεία, καθώς έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζουν τους ζωντανούς οργανισμούς διαταράσσοντας την ορμονική τους λειτουργία. Και οι δύο ουσίες έχουν ανιχνευθεί τόσο στο περιβάλλον όσο και στον ανθρώπινο οργανισμό, ιδιαίτερα σε άτομα που χειρίζονται θερμικές αποδείξεις σε καθημερινή βάση.
Ειδικά η BPA υπήρξε επί δεκαετίες η κυρίαρχη επιλογή λόγω χαμηλού κόστους και υψηλής απόδοσης, με συγκεντρώσεις που έφταναν έως και 42,6 mg ανά γραμμάριο θερμικού χαρτιού, ποσότητα που αντιστοιχεί σε περίπου 35 mg BPA σε μία τυπική απόδειξη.
Ωστόσο, τα ισχυρά δεδομένα για την πρόκληση ορμονικών διαταραχών και για τη συσχέτισή της με προβλήματα αναπαραγωγής, με καρκίνο και με παχυσαρκία, οδήγησαν την Ευρωπαϊκή Ένωση στον αυστηρό περιορισμό της το 2020 και σε πλήρη απαγόρευση της σε υλικά που έρχονται σε επαφή με τρόφιμα από το 2024. Η αντικατάστασή της με άλλες δισφαινόλες, όπως η BPS, αποδείχθηκε επίσης προβληματική, καθώς πολλές από αυτές εμφανίζουν παρόμοιο τοξικολογικό προφίλ και χαρακτηρίζονται πλέον ως «ατυχείς εναλλακτικές».
Στο μεταξύ, η έκθεση μας σε αυτές τις ουσίες συνεχίζεται μέσω της διατροφής, της επαφής με το δέρμα ή απλώς μέσω τους αγγίγματος μιας απόδειξης και μετά του στόματός μας. Προϊόντα όπως τα αντισηπτικά χεριών μπορούν να αυξήσουν τη δερματική απορρόφηση αυτών των ουσιών έως και 100 φορές. Έχει επίσης αποδειχθεί ότι ουσίες όπως η BPS μεταναστεύουν από θερμικές ετικέτες σε τρόφιμα, ξεπερνώντας τα ευρωπαϊκά όρια, ενώ η ανακύκλωση του χαρτιού διασπείρει BPA σε προϊόντα όπως χαρτί υγείας και χαρτοπετσέτες. Όλα αυτά κάνουν ξεκάθαρη την ανάγκη για πιο ασφαλείς, βιοδιασπώμενες και οικονομικά βιώσιμες λύσεις.
Ωστόσο, παρά τους κινδύνους και τη νομοθεσία, η παγκόσμια μετάβαση σε ασφαλέστερα υλικά παραμένει αργή και άνιση. Η αντικατάσταση των δισφαινολών έχει αποδειχτεί εξαιρετικά δύσκολη, καθώς κάθε εναλλακτικό υλικό πρέπει να ανταποκρίνεται σε αυστηρές προϋποθέσεις, να ενεργοποιείται στη σωστή θερμοκρασία, να παραμένει σταθερό κατά την αποθήκευση, να αναμειγνύεται ομοιόμορφα με τα υπόλοιπα συστατικά της επίστρωσης, να μην αλλοιώνεται στο φως και ταυτόχρονα να είναι οικονομικά βιώσιμο. Αυτό γίνεται ακόμη πιο κρίσιμο αν αναλογιστεί κανείς ότι το 2022 η παγκόσμια αγορά θερμικού χαρτιού αποτιμήθηκε περίπου στα 4 δισεκατομμύρια δολάρια και αναμένεται να φτάσει τα 6 δισεκατομμύρια έως το 2030!
Τη λύση δίνει η ίδια η φύση
Και εδώ ακριβώς μπαίνει στο παιχνίδι η επιστήμη του ξύλου. Ερευνητές των ομάδων των Jeremy Luterbacher και Harm-Anton Klok στην Ομοσπονδιακή Πολυτεχνική Σχολή της Λοζάνης (EPFL) παρουσίασαν τώρα μια νέα γενιά θερμικού χαρτιού βασισμένη σε χημικές ενώσεις από ξύλο. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Science Advances, περιγράφουν συνθέσεις που αξιοποιούν τη λιγνίνη, ένα βασικό συστατικό του ξύλου, σε συνδυασμό με έναν «ευαισθητοποιητή» από φυτικά σάκχαρα, δημιουργώντας θερμικές επιστρώσεις που προσφέρουν καθαρή και αξιόπιστη εκτύπωση χωρίς τη χρήση τοξικών δισφαινολών. Όπως εξηγούν οι επιστήμονες, αυτές οι λύσεις βασίζονται σε μόρια φυτικής προέλευσης με πολύ χαμηλό ή μηδενικό τοξικό αποτύπωμα, που είναι ιδανικά για αντικείμενα που αγγίζουμε καθημερινά.
«Έχουμε αναπτύξει συνθέσεις θερμικού χαρτιού φτιαγμένες από φυτικά μόρια που έχουν πολύ χαμηλές ή καθόλου τοξικές υπογραφές», σημειώνει ο Luterbacher.
Όμως δεν πρόκειται για κάτι εντελώς καινούργιο. Ο Luterbacher, το 2014 μαζί με τον Έλληνα πρόεδρο του Τμήματος Χημικής και Βιολογικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, Χρήστο Μαραβέλια «τάραξαν» τα νερά στο ερευνητικό πεδίο τους προτείνοντας μια νέα μέθοδο για τη μετατροπή ξύλων και άλλων μη εδώδιμων τύπων βιομάζας, σε βιοκαύσιμα και σε χημικά τα οποία θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τα αντίστοιχα προϊόντα που προέρχονται από το πετρέλαιο. Η καινοτόμα αυτή μέθοδος, που δημοσιεύτηκε στο Science, μετατρέπει έως και το 80% της λεγόμενης λιγνοκυτταρινούχας βιομάζας των φυτών όχι μόνο σε ένα αλλά σε αρκετά προϊόντα ταυτόχρονα και συγκεκριμένα σε λιγνίνη, σε ανθρακονήματα, σε διαλυτό πολτό κυτταρίνης και σε ημικυτταρίνη ανοίγοντας δρόμο σε νέες δυνατότητες αξιοποίησής τους στην αγορά. Τώρα, η νέα μελέτη αποτελεί συνέχεια της έρευνας του εργαστηρίου του Luterbacher με τη λιγνίνη.
«Η χρήση λιγνίνης, του υλικού της βιομάζας που είναι πιο δύσκολο να μετατραπεί σε ακριβά υλικά συγκριτικά με την κυτταρίνη, είναι πλεονέκτημα αυτής της νέας τεχνολογίας σύνθεσης θερμικού χαρτιού. Αυτό σημαίνει ότι η μέθοδος θα μπορούσε να συνδυαστεί με την παραγωγή άλλων υλικών από κυτταρίνη στην ίδια μονάδα, αυξάνοντας την συνολική αποδοτικότητα», σχολιάζει στο Dnews o Έλληνας μηχανικός Μαραβέλιας.
Η εντυπωσιακή λιγνίνη
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στη λιγνίνη επειδή περιέχει ήδη χημικές ομάδες που μπορούν να λειτουργήσουν ως ενισχυτές χρώματος και να αντικαταστήσουν τις δισφαινόλες. Το πρόβλημα είναι ότι, στη φυσική της μορφή η λιγνίνη είναι σκούρα και χημικά ανομοιογενής, κάτι που δεν ταιριάζει με την καθαρή εικόνα που απαιτεί η εκτύπωση. Η λύση ήρθε μέσω μιας ελεγχόμενης μεθόδου εκχύλισης, της διαδοχικής κλασματοποίησης με τη βοήθεια αλδεϋδών, που επιτρέπει την παραγωγή ανοιχτόχρωμων πολυμερών λιγνίνης, με λιγότερες ομάδες που απορροφούν το φως και με εξαιρετική ομοιογένεια μέσα στο θερμικό στρώμα.
Για να λειτουργήσει αποτελεσματικά η λιγνίνη στις θερμοκρασίες εκτύπωσης, προστέθηκε ένας νέος ευαισθητοποιητής η διφορμυλοξυλόζη, ένα μόριο που προέρχεται από την ξυλάνη, ένα φυσικό σάκχαρο των φυτικών κυτταρικών τοιχωμάτων. Οι νέες συνθέσεις εφαρμόστηκαν ως λεπτές επιστρώσεις σε χαρτί και δοκιμάστηκαν τόσο σε ελεγχόμενες συνθήκες όσο και σε κανονικούς εκτυπωτές. Το αποτέλεσμα; Καθαρές, ευανάγνωστες εκτυπώσεις με πυκνότητα χρώματος εντός των εμπορικών προδιαγραφών, σταθερότητα για μήνες ακόμη και κοντά στο φως και λογότυπα που παρέμειναν ευκρινή για τουλάχιστον έναν χρόνο. Αν και η αντίθεση της εικόνας ήταν ελαφρώς χαμηλότερη από εκείνη των πλήρως βελτιστοποιημένων εμπορικών προϊόντων, η συνολική απόδοση ήταν συγκρίσιμη με τα θερμικά χαρτιά που βασίζονται στην BPA.
Το πιο εντυπωσιακό, όμως, είναι η ασφάλεια. Οι ενισχυτές λιγνίνης έδειξαν 2 έως 4 τάξεις μεγέθους χαμηλότερη επίδραση στο ορμονικό σύστημα από τη BPA, ενώ ο σακχαρούχος ευαισθητοποιητής δεν παρουσίασε καμία ορμονική ή τοξική επίδραση.
Η μελέτη δείχνει ξεκάθαρα ότι είναι εφικτή η παραγωγή ασφαλέστερων θερμικών χαρτιών απευθείας από μη βρώσιμη βιομάζα, με απλά στάδια επεξεργασίας. Αν και απαιτείται περαιτέρω δουλειά για τη βελτιστοποίηση της ποιότητας εκτύπωσης και τη βιομηχανική κλιμάκωση, τα αποτελέσματα ανοίγουν τον δρόμο για αποδείξεις και ετικέτες που επιτελούν τον ρόλο τους χωρίς να βασίζονται σε επικίνδυνες χημικές ουσίες.
