Over 99 procent af dagens plast kommer fra olie, men nye biobaserede muligheder bliver tilgængelige. Ikoner efter vektorer Marked, Freepik og srip, CC BY

Hvad har din bil, telefon, sodavlaske og sko til fælles? De er alle stort set lavet af olie. Denne ikke-vedvarende ressource behandles til et alsidigt sæt kemikalier kaldet polymerer - eller mere almindeligt plast. Over 5 milliarder liter olie hvert år omdannes til plast alene.

Polymerer ligger bag mange vigtige opfindelser fra de seneste adskillige årtier 3D udskrivning. Såkaldte "ingeniørplastik", der bruges i applikationer, der spænder fra bilindustri til byggeri til møbler, har overlegne egenskaber og kan endda hjælpe med at løse miljøproblemer. For eksempel takket være engineering plast, køretøjer er nu lettere, så de får bedre brændstofkørsel. Men når antallet af anvendelser stiger, det samme gør efterspørgslen efter plast. Verden producerer allerede over 300 millioner tons plast hvert år. Antallet kan være seks gange det med 2050.

Petroplast er ikke grundlæggende så slemt, men de er en glip af muligheden. Heldigvis er der et alternativ. Skift fra petroleumsbaserede polymerer til polymerer, der er biologisk baseret, kan reducere kulstofemissionerne med hundreder af millioner af tons hvert år. Biobaserede polymerer er ikke kun vedvarende og mere miljøvenlige at fremstille, men de kan faktisk have en netto gavnlig virkning på klimaændringerne ved at fungere som en kulstofvaske. Men ikke alle bio-polymerer er skabt lige.

Bioplast er ikke afhængig af at bore efter olie, da de får deres kulstof fra CO? allerede i atmosfæren. QiuJu Song / Shutterstock.com

Nedbrydelige biopolymerer

Du har måske stødt på “bioplast”Før som engangsredskaber især - disse plaststoffer stammer fra planter i stedet for olie. Sådanne biopolymerer fremstilles ved at fodre sukkerarter, oftest fra sukkerrør, sukkerroer eller majs til mikroorganismer, der producerer prækursormolekyler, der kan renses og kemisk forbindes sammen til dannelse af polymerer med forskellige egenskaber.

Planteafledte plastmaterialer er bedre af miljøet af to grunde. For det første er der en dramatisk reduktion i den energi, der kræves til fremstilling af plantebaseret plast - med så meget som 80 procent. Mens hvert ton petroleumsafledt plast genererer 2 til 3 tons CO?, kan dette reduceres til omkring 0.5 tons CO? ton biopolymer, og processerne bliver kun bedre.

For det andet kan plantebaseret plast være biologisk nedbrydeligt, så de ikke ophobes på deponeringsanlæg.

Selvom det er godt at engangsartikler som plastgaffler bionedbrydes, er nogle gange en længere levetid vigtig - du vil sandsynligvis ikke have lyst til, at bilens instrumentbræt langsomt bliver til en bunke svampe med tiden. Mange andre applikationer kræver den samme type elasticitet, såsom byggematerialer, medicinsk udstyr og husholdningsapparater. Bionedbrydelige biopolymerer er heller ikke genanvendelige, hvilket betyder, at flere planter skal dyrkes og forarbejdes kontinuerligt for at imødekomme efterspørgslen.

Biopolymerer som kulstoflagring

Plast, uanset kilden, er hovedsageligt lavet af kulstof – omkring 80 vægtprocent. Mens petroleumsafledt plast ikke frigiver CO? på samme måde, som afbrænding af fossile brændstoffer gør, hjælper de heller ikke med at binde noget af overskuddet af denne gasformige forurening – kulstoffet fra flydende olie omdannes simpelthen til fast plast.

Bio-polymerer er derimod stammer fra planter, som bruger fotosyntese til at omdanne CO?, vand og sollys til sukkerarter. Når disse sukkermolekyler omdannes til biopolymerer, vil de kulstof er effektivt låst væk fra atmosfæren - så længe de ikke er biologisk nedbrydelige eller forbrændte. Selv hvis biopolymerer ender på en deponi, vil de stadig tjene denne kulstoflagringsrolle.

CO? er kun omkring 28 procent kulstof efter vægt, så polymerer udgør et enormt reservoir, hvori man kan opbevare denne drivhusgas. Hvis den nuværende verdensomspændende årlige forsyning af omkring 300 millioner tons polymerer alle var ikke-biologisk nedbrydelige og biobaserede, ville det svare til et gigaton - en milliard tons - sekvestreret CO?, omkring 2.8 procent af aktuelle globale emissioner. I en seneste rapport, det mellemstatslige panel om klimaændringer skitserede opsamling, lagring og genbrug af kulstof som en nøglestrategi til at afbøde klimaændringer; biobaserede polymerer kunne yde et nøglebidrag, op til 20 procent af CO? fjernelse nødvendig for at begrænse den globale opvarmning til 1.5 grader Celsius.

Det ikke-nedbrydelige marked for biopolymer

Aktuelle CO2-sekvestreringsstrategier, inklusive geologisk opbevaring der pumper CO? udstødning under jorden el regenerativt landbrug der lagrer mere kulstof i jorden, læner sig stærkt på politikken for at drive de ønskede resultater.

Selvom dette er kritiske mekanismer til begrænsning af klimaændringerne, har sekvestrering af kulstof i form af biopolymerer potentialet til at udnytte en anden driver: penge.

Konkurrence baseret på pris alene har været udfordrende for biopolymerer, men tidlige succeser vise en vej mod større gennemtrængning. Et spændende aspekt er muligheden for at få adgang til nye kemikere, der ikke i øjeblikket findes i olie-afledte polymerer.

Petroplastflasker kan kun genbruges et par gange maks. hans / pixabay, CC BY

Overvej genanvendelighed. Få traditionelle polymerer er virkelig genanvendelig. Disse materialer er faktisk ofte nedcyklet, hvilket betyder, at de kun er egnede til applikationer med lav værdi, såsom byggematerialer. Takket være værktøjerne til genetisk og enzymteknik, kan egenskaber dog lide komplet genanvendelighed - som gør det muligt at bruge materialet gentagne gange til den samme anvendelse - kan designes til biopolymerer fra starten.

Bio-polymerer i dag er hovedsageligt baseret på naturlige fermenteringsprodukter af visse bakteriearter, såsom produktion af mælkesyre fra Lactobacillus - det samme produkt, der giver syren i sure øl. Selvom disse udgør et godt første skridt, antyder nye forskning, at biopolymerers ægte alsidighed vil blive løsladt i de kommende år. Takket være moderne evne til at konstruere proteiner og modificere DNA, tilpasset design af bio-polymer precursorer er nu i rækkevidde. Med det bliver en verden af ​​nye polymerer mulig – materialer, hvori nutidens CO? vil opholde sig i en mere nyttig, mere værdifuld form.

Flyene begynder også at være lavet af polymerer - bio-polymerer er det næste trin. Eric Salard / Wikimedia Commons, CC BY-SA

For at denne drøm kan realiseres, er der behov for mere forskning. Mens tidlige eksempler er her i dag - ligesom delvist biobaseret Coca-Cola PlantBottle - den bioingeniører, der kræves for at opnå mange af de mest lovende nye biopolymerer, er stadig i forskningsstadiet - som en vedvarende alternativ til kulfiber der kunne bruges i alt fra cykler til vindmøllevinger.

Regeringens politikker, der støtter kulstofbinding, vil også hjælpe med til at drive vedtagelse. Med denne form for støtte på plads er betydelig brug af biopolymerer som kulstoflagring mulig så snart de næste fem år - en tidslinje med potentiale til at yde et væsentligt bidrag til at hjælpe med at løse klimakrisen.

Om forfatterne

Joseph Rollin, postdoktor i bioenergi, Nationalt laboratorium for vedvarende energi og Jenna E. Gallegos, postdoktor i kemisk og biologisk teknik, Colorado State University

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon