Hvordan Plast kan Overraskende Hjelp Bekjempe Klimaendringer

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 blir omgjort til plast alene.

Polymerer er bak mange viktige oppfinnelser de siste tiårene, som 3D-utskrift. Såkalte "engineering plast", som brukes i applikasjoner fra bil til bygg og møbler, har overlegen egenskaper og kan til og med bidra til å løse miljøproblemer. For eksempel, takket være engineering plast, kjøretøyer er nå lettere, slik at de får bedre drivstoff kjørelengde. Men da antall bruksområder stiger, gjør også etterspørselen etter plast. Verden produserer allerede over 300 millioner tonn plast hvert år. Tallet kan være seks ganger det innen 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 karbonvask. Men ikke alle biopolymerer er skapt like.

Nedbrytbare bio-polymerer

Du har kanskje oppstått "bioplast" før, spesielt som engangsutstyr - disse plastene er 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 petroleum-avledet plast genererer to til tre tonn CO₂, kan dette reduseres til ca. 0,5 tonn CO₂ per 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 husholdningsapparater. 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 kilde, er hovedsakelig laget av karbon - ca 80 prosent av vekten. Mens petroleumsavledet plast ikke frigjør CO₂ på samme måte som brennende fossile brensler gjør det, hjelper de heller ikke med å sekvestrere noe av overskudd av dette gassformige forurensende stoffet. Kullet fra flytende olje blir bare omgjort til fast plast.

Bio-polymerer, derimot, er avledet fra planter som bruker fotosyntese til å konvertere CO₂, vann og sollys til sukkerarter. Når disse sukkermolekylene omdannes til bio-polymerer, blir karbonet effektivt låst vekk fra atmosfæren - så lenge de ikke er bionedbrytte eller forbrent. Selv om bio-polymerer havner i en deponi, vil de fortsatt tjene denne karbonlagringsrollen.

CO₂ er bare omtrent 28 prosent karbon i vekt, så polymerer omfatter et enormt reservoar for å lagre denne drivhusgassen. Hvis dagens globale årlige forsyning på rundt 300 millioner tonn polymerer var ikke-biologisk nedbrytbar og bio-basert, ville dette tilsvare en gigaton - en milliard tonn - av sekvestrert CO₂, om lag 2,8 prosent av dagens globale utslipp. I en nylig rapport redegjorde Det internasjonale regjeringspanelet for klimaendringer å fange, lagre og gjenbruke karbon som en viktig strategi for å dempe klimaendringene; Bio-baserte polymerer kan gi et viktig bidrag, opptil 20 prosent av CO₂-fjerningen som kreves for å begrense global oppvarming til 1,5 grader Celsius.

Det ikke-nedbrytbare biopolymermarkedet

Nåværende CO2-sekvenseringsstrategier, inkludert geologisk lagring som pumper CO₂-avgass underjordisk eller regenerativ landbruk som lagrer mer karbon i jorda, legger stor vekt på politikk 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 viser en vei mot større penetrasjon. Et spennende aspekt er evnen til å få tilgang til nye kjemikalier som ikke finnes i petroleum-avledede polymerer.

Vurder resirkulerbarhet. Få tradisjonelle polymerer er virkelig resirkulerbare. Disse materialene er faktisk oftest nedstyrt, noe som betyr at de bare er egnet for lavverdige applikasjoner, for eksempel byggematerialer. Takket være verktøyene for genetisk og enzymteknikk kan egenskaper som fullstendig resirkulerbarhet - som tillater at materialet 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 sure 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. Takket være den moderne evnen til å konstruere proteiner og modifisere DNA, er tilpasset design av biopolymerforløpere nå i rekkevidde. Med det blir en verden av nye polymerer mulig - materialer der dagens CO₂ vil bo i en mer nyttig, mer verdifull form.

For at denne drømmen skal realiseres, trenger mer forskning. Mens tidlige eksempler er her i dag - som den delvis bio-baserte Coca-Cola PlantBottle - er bioteknologien som kreves for å oppnå mange av de mest lovende nye bio-polymerene, fortsatt i forskningsfasen - som et fornybart alternativ til karbonfiber som kunne 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.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av Joseph Rollin og Jenna E. Gallegos. Les den opprinnelige artikkelen her.