Over 99 prosent av dagens plast kommer fra olje, men nye bio-baserte alternativer blir tilgjengelig. Ikoner av vektorer Market, Freepik og srip, CC BY

Hva har din bil, telefon, brusflaske og sko til felles? De er stort sett laget av petroleum. Denne nonrenewable ressursen blir behandlet til et allsidig sett med kjemikalier kalt polymerer - eller mer vanlig plast. Over 5 milliarder liter olje hvert år omdannes til plast alene.

Polymerer er bak mange viktige oppfinnelser av de siste tiårene, som 3D utskrift. Såkalte "engineering plastics", som brukes i applikasjoner fra automotive til konstruksjon til møbler, har overlegen egenskaper og kan til og med bidra til å løse miljøproblemer. For eksempel, takket være engineering plastikk, kjøretøy er nå lettere, slik at de får bedre drivstoff kjørelengde. Men da antall bruksområder stiger, det gjør også etterspørselen etter plast. Verden produserer allerede over 300 millioner tonn plast hvert år. Tallet kan være seks ganger det ved 2050.

Petro-plast er ikke fundamentalt så ille, men de er en savnet mulighet. Heldigvis er det et alternativ. Bytte fra petroleumsbaserte polymerer til polymerer som er biologisk baserte, kan redusere karbonutslipp med hundrevis av millioner tonn hvert år. Bio-baserte polymerer er ikke bare fornybare og mer miljøvennlige å produsere, men de kan faktisk ha en netto fordelaktig effekt på klimaendringene ved å fungere som en karbonvask. Men ikke alle biopolymerer er skapt like.

Bioplast er ikke avhengig av å bore etter olje siden de får karbon fra CO? allerede i atmosfæren. QiuJu Song / Shutterstock.com

Nedbrytbare bio-polymerer

Du har kanskje møtt "bioplast"Før, spesielt som engangsutstyr, er disse plastene avledet fra planter i stedet for olje. Slike biopolymerer fremstilles ved å mate sukker, oftest fra sukkerrør, sukkerroer eller korn, til mikroorganismer som produserer forløpermolekyler som kan renses og kjemisk kobles sammen for å danne polymerer med forskjellige egenskaper.

Planteavledet plast er bedre for miljøet av to grunner. For det første er det en dramatisk reduksjon i energien som kreves for å produsere plantebasert plast - med så mye som 80 prosent. Mens hvert tonn petroleumsavledet plast genererer 2 til 3 tonn CO?, kan dette reduseres til ca. 0.5 tonn CO? tonn biopolymer, og prosessene blir bare bedre.

For det andre kan anleggsbasert plast være biologisk nedbrytbart, slik at de ikke samler seg i deponier.

Selv om det er flott for disposables som plastgaffler å biodegrade, noen ganger er en lengre levetid viktig - du vil sannsynligvis ikke ønske at bilens dashbord sakta blir til en haug med sopp over tid. Mange andre applikasjoner krever samme type motstandskraft, som byggematerialer, medisinsk utstyr og hvitevarer. Biologisk nedbrytbare biopolymerer er også ikke resirkulerbare, noe som betyr at flere planter må dyrkes og behandles kontinuerlig for å møte etterspørselen.

Bio-polymerer som karbonlagring

Plast, uansett kilden, er hovedsakelig laget av karbon – ca 80 vektprosent. Mens petroleumsavledet plast ikke frigjør CO? på samme måte som forbrenning av fossilt brensel gjør, hjelper de heller ikke med å binde noe av overskuddet av denne gassformige forurensningen – karbonet fra flytende olje blir ganske enkelt omdannet til fast plast.

Bio-polymerer er derimot avledet fra planter, som bruker fotosyntese til å omdanne CO?, vann og sollys til sukker. Når disse sukkermolekylene omdannes til biopolymerer, vil de karbon er effektivt låst bort fra atmosfæren - så lenge de ikke er bionedbrytte eller forbrent. Selv om bio-polymerer havner i en deponi, vil de fortsatt tjene denne karbonlagringsrollen.

CO? er bare rundt 28 prosent karbon av vekt, så polymerer utgjør et enormt reservoar for å lagre denne drivhusgassen. Hvis den nåværende globale årlige forsyningen på rundt 300 millioner tonn polymerer ikke var biologisk nedbrytbare og biobaserte, ville dette tilsvare et gigatonn – en milliard tonn – sekvestrert CO?, omtrent 2.8 prosent av nåværende globale utslipp. I en siste rapport, Det mellomstatlige panelet for klimaendringer skisserte fangst, lagring og gjenbruk av karbon som en nøkkelstrategi for å redusere klimaendringer; biobaserte polymerer kan gi et sentralt bidrag, opptil 20 prosent av CO? fjerning nødvendig for å begrense global oppvarming til 1.5 grader Celsius.

Det ikke-nedbrytbare biopolymermarkedet

Aktuelle karbonbestemmelsesstrategier, inkludert geologisk lagring som pumper CO? eksos under bakken eller regenerativt landbruk som lagrer mer karbon i jorda, legger stor vekt på politikken for å drive de ønskede resultatene.

Mens disse er kritiske mekanismer for reduksjon av klimaforandringer, har sekvestrering av karbon i form av bio-polymerer potensial til å utnytte en annen driver: penger.

Konkurranse basert på pris alene har vært utfordrende for bio-polymerer, men Tidlige suksesser vis en bane mot større penetrasjon. Et spennende aspekt er evnen til å få tilgang til nye kjemikalier som ikke finnes i petroleum-avledede polymerer.

Petro-plastflasker kan bare resirkuleres et par ganger maks. hans / pixabay, CC BY

Vurder resirkulerbarhet. Få tradisjonelle polymerer er virkelig resirkulerbar. Disse materialene er faktisk oftest nedstyrt, noe som betyr at de bare er egnet for lavverdige applikasjoner, for eksempel byggematerialer. Takket være verktøyene til genetisk og enzymteknikk, men egenskaper som fullstendig resirkulerbarhet - som gjør at materialet kan brukes flere ganger for samme applikasjon - kan utformes i bio-polymerer fra begynnelsen.

Bio-polymerer i dag er i stor grad basert på naturlige gjæringsprodukter av visse arter av bakterier, som for eksempel produksjon av Lactobacillus av melkesyre - det samme produktet som gir tarthet i sur øl. Mens disse utgjør et godt første skritt, tyder på ny forskning at den sanne allsidigheten av bio-polymerer er satt til å løses i de kommende årene. Takk til moderne evne til å konstruere proteiner og modifisere DNA, tilpasset design av biopolymer-forløpere er nå tilgjengelig. Med det blir en verden av nye polymerer mulig – materialer hvor dagens CO? vil bo i en mer nyttig, mer verdifull form.

Planene begynner også å være laget av polymerer - bio-polymerer er neste trinn. Eric Salard / Wikimedia Commons, CC BY-SA

For at denne drømmen skal realiseres, trenger mer forskning. Mens tidlige eksempler er her i dag - som delvis bio-basert Coca-Cola PlantBottle - Bioteknologien som kreves for å oppnå mange av de mest lovende nye bio-polymerene, er fortsatt i forskningsfasen - som a fornybart alternativ til karbonfiber som kan brukes i alt fra sykler til vindturbinblader.

Regjeringens politikk som støtter karbonbestemmelse vil også bidra til å drive adopsjon. Med denne typen støtte på plass er det mulig å bruke betydelig bruk av bio-polymerer som karbonlagring så snart som de neste fem årene - en tidslinje med potensial til å gi et betydelig bidrag til å bidra til å løse klimakrisen.

Om forfatterne

Joseph Rollin, postdoktoralforsker i bioenergi, National Renewable Energy Laboratory og Jenna E. Gallegos, postdoktoralforsker i kjemisk og biologisk ingeniørfag, Colorado State University

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon