Hvordan Plast kan Overraskende Hjælp Bekæmpe Klimaændringer

Hvad har din bil, telefon, sodavand og sko til fælles? De er stort set fremstillet af petroleum. Denne nonrenewable ressource bliver behandlet til et alsidigt sæt kemikalier kaldet polymerer - eller mere almindeligt plast. Over 5 milliarder gallons olie om året omdannes til plast alene.

Polymerer er bag mange vigtige opfindelser af de sidste årtier, som 3D-udskrivning. Såkaldte "engineering plastics", der anvendes i applikationer fra automotive til byggeri til møbler, har overlegen egenskaber og kan endda hjælpe med at løse miljøproblemer. Eksempelvis takket være engineering plastik er køretøjer nu lettere, så de får bedre brændstofkørsel. Men da antallet af anvendelser stiger, gør også efterspørgslen efter plastik. Verden producerer allerede over 300 millioner tons plast hvert år. Tallet kunne være seks gange det i 2050.

Petroplast er ikke fundamentalt så dårligt, men de er en savnet mulighed. Heldigvis er der et alternativ. At skifte fra oliebaserede polymerer til polymerer, der er biologisk baserede, kan reducere CO2-emissioner med hundredvis af millioner tons hvert år. Bio-baserede polymerer er ikke kun fornyelige og mere miljøvenlige at producere, men de kan faktisk have en nettovinst for klimaændringerne ved at fungere som en kulstofvask. Men ikke alle bio-polymerer er skabt ens.

Nedbrydelige bio-polymerer

Du har måske været udsat for "bioplast" før, som engangsprodukter, især disse plastmaterialer stammer fra planter i stedet for olie. Sådanne bio-polymerer fremstilles ved at fodre sukkerarter, oftest fra sukkerrør, sukkerroer eller majs, til mikroorganismer, som frembringer precursormolekyler, som kan oprenses og kemisk bindes sammen for at danne polymerer med forskellige egenskaber.

Planteafledt plast er bedre for miljøet af to grunde. For det første er der en dramatisk reduktion af den energi, der kræves til fremstilling af plantebaseret plast - med så meget som 80 procent. Mens hvert ton petroleumafledt plast genererer to til tre tons CO₂, kan dette reduceres til ca. 0,5 tons CO 2 pr. Ton bio-polymer, og processerne bliver kun bedre.

For det andet kan plantebaseret plast være biologisk nedbrydelig, så de ikke akkumuleres i lossepladser.

Mens det er fantastisk til disposables som plastgaffel til biologisk nedbrydning, er nogle gange en længere levetid vigtig - du vil sandsynligvis ikke have, at bilens instrumentbræt langsomt bliver til en bunke svampe over tid. Mange andre applikationer kræver den samme type modstandsdygtighed, som byggematerialer, medicinsk udstyr og husholdningsapparater. Bionedbrydelige bio-polymerer er heller ikke genanvendelige, hvilket betyder at flere planter skal dyrkes og forarbejdes løbende for at imødekomme efterspørgslen.

Bio-polymerer som kulstofopbevaring

Plast, uanset kilde, er hovedsageligt lavet af kulstof - omkring 80 vægtprocent. Mens olieafledt plast ikke frigiver CO₂ på samme måde som brændende fossile brændstoffer, hjælper de heller ikke med at sekvestere noget af overskuddet af dette gasformige forurenende stof. Kulen fra flydende olie omdannes simpelthen til fast plast.

Bio-polymerer er derimod afledt af planter, der bruger fotosyntese til at omdanne CO₂, vand og sollys til sukkerarter. Når disse sukkermolekyler omdannes til bio-polymerer, bliver kullet effektivt låst væk fra atmosfæren - så længe de ikke er bionedbrydelige eller forbrændt. Selvom bio-polymerer ender i en losseplads, vil de stadig tjene denne kulstoflagervolle.

CO₂ er kun ca. 28 vægt-% carbon, så polymerer omfatter et enormt reservoir til at oplagre denne drivhusgas. Hvis den nuværende verdens årlige forsyning på omkring 300 millioner tons polymerer var alle ikke-biologisk nedbrydelige og bio-baserede, ville dette svare til en gigaton - en milliard tons - af sekvestrerede CO₂, omkring 2,8 procent af de nuværende globale emissioner. I en nylig rapport skitserede det mellemstatslige panel om klimaændringer opfangning, opbevaring og genanvendelse af kulstof som en nøglestrategi til bekæmpelse af klimaændringer; Bio-baserede polymerer kunne yde et vigtigt bidrag, op til 20 procent af den CO₂-fjernelse, der kræves for at begrænse den globale opvarmning til 1,5 grader Celsius.

Det ikke-nedbrydelige biopolymermarked

Nuværende CO2-sekvestrationsstrategier, herunder geologisk opbevaring, der pumper CO₂ udstødning underjordisk eller regenerativt landbrug, der lagrer mere kulstof i jorden, lægger stor vægt på politikken for at drive de ønskede resultater.

Selv om disse er kritiske mekanismer til begrænsning af klimaforandringer, har sekvestrering af kulstof i form af bio-polymerer potentialet til at udnytte en anden driver: penge.

Konkurrence baseret på pris alene har været udfordrende for bio-polymerer, men tidlige succeser viser en vej mod større penetration. Et spændende aspekt er evnen til at få adgang til nye kemikalier, der ikke findes i petroleumafledte polymerer.

Overvej genanvendelighed. Få traditionelle polymerer er virkelig genanvendelige. Disse materialer er faktisk oftest nedrykkede, hvilket betyder, at de kun er egnede til lavtliggende applikationer, såsom byggematerialer. Takket være værktøjerne i genetisk og enzymteknik kan egenskaber som fuldstændig genanvendelighed - hvilket gør det muligt at anvende materialet gentagne gange til samme anvendelse - kan udformes i bio-polymerer fra begyndelsen.

Biopolymerer i dag er i høj grad baseret på naturlige gæringsprodukter af visse bakteriearter, såsom produktion af lactacacillus af mælkesyre - det samme produkt, der giver tarthed i sur øl. Selvom disse udgør et godt første skridt, fremgår det af nye forskning, at den ægte alsidighed af bio-polymerer er sat til at blive frigjort i de kommende år. Takket være den moderne evne til at konstruere proteiner og modificere DNA er der nu tale om specialdesignet biopolymerforstadier. Med det bliver en verden af ​​nye polymerer mulig - materialer, hvor dagens CO₂ vil opholde sig i en mere nyttig og mere værdifuld form.

For at denne drøm skal realiseres, er der behov for mere forskning. Mens tidlige eksempler er her i dag - som den delvist bio-baserede Coca-Cola PlantBottle - er bioteknologien, der kræves for at opnå mange af de mest lovende nye bio-polymerer, stadig i forskningsfasen - som et fornyeligt alternativ til kulfiber, som kunne bruges i alt fra cykler til vindmøllevinger.

Regeringens politikker til støtte for CO2-afvikling vil også medvirke til at drive vedtagelse. Med denne form for støtte på plads er en betydelig anvendelse af bio-polymerer som kulstofopbevaring mulig så snart som de næste fem år - en tidslinje med potentialet til at yde et væsentligt bidrag til at hjælpe med at løse klimakrisen.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Joseph Rollin og Jenna E. Gallegos. Læs den oprindelige artikel her.