Forskere udvikler grønnere plast - den større udfordring er at flytte dem fra laboratorium til marked

Syntetisk plast har gjort mange aspekter af det moderne liv billigere, mere sikkert og bekvemt. Imidlertid, vi har undladt at finde ud af, hvordan vi kan slippe af med dem, efter at vi har brugt dem.

I modsætning til andre former for affald, såsom mad og papir, de fleste syntetisk plast kan ikke let nedbrydes af levende mikroorganismer eller gennem kemiske processer. Som resultat, en voksende plastaffaldskrise truer vores planets sundhed. Det er legemliggjort af Great Pacific Garbage Patch - en massiv zone med flydende plastaffald, tre gange så stor som Frankrig, strækker sig mellem Californien og Hawaii. Forskere har anslået, at hvis de nuværende tendenser fortsætter, massen af ​​plast i havet vil svare til fiskemassen i 2050. Fremstilling af plast fra råolie øger også kuldioxidniveauer i atmosfæren, bidrager til klimaforandringerne.

Meget af mit arbejde har været dedikeret til at finde bæredygtige måder at lave og nedbryde plast på. Mit laboratorium og andre gør fremskridt på begge fronter. Men disse nye alternativer skal konkurrere med syntetisk plast, der har etableret infrastrukturer og optimerede processer. Uden støttende regeringspolitik, innovative plastalternativer vil have problemer med at krydse den såkaldte "dødens dal" fra laboratoriet til markedet.

Fra træ og silke til nylon og plexiglas

Al plast består af polymerer - store molekyler, der indeholder mange små enheder, eller monomerer, sammen for at danne lange kæder, meget gerne perlerække. Perlernes kemiske struktur og de bindinger, der forbinder dem, bestemmer polymerers egenskaber. Nogle polymerer danner materialer, der er hårde og seje, som glas og epoxy. Andre, såsom gummi, kan bøje og strække.

I århundreder har mennesker lavet produkter ud af polymerer fra naturlige kilder, såsom silke, bomuld, træ og uld. Efter brug, disse naturlige plastik nedbrydes let af mikroorganismer.

Syntetiske polymerer afledt af olie blev udviklet fra 1930'erne, da nye materielle innovationer var hårdt nødvendige for at støtte de allieredes tropper i Anden Verdenskrig. For eksempel, nylon, opfundet i 1935, udskiftet silke i faldskærme og andet gear. Og poly (methylmethacrylat), kendt som plexiglas, erstattet af glas i flyvinduer. På det tidspunkt, der var lidt overvejelser om, hvorvidt eller hvordan disse materialer ville blive genbrugt.

Moderne syntetisk plast kan grupperes i to hovedfamilier:Termoplast, som blødgør ved opvarmning og derefter hærder igen ved afkøling, og termohærdninger, som aldrig blødgøres, når de først er støbt. Nogle af de mest almindelige højvolumen syntetiske polymerer omfatter polyethylen, bruges til fremstilling af folieindpakninger og plastposer; polypropylen, bruges til at danne genanvendelige beholdere og emballage; og polyethylenterephthalat, eller PET, bruges i tøj, tæpper og klare plastflasker.

Genanvendelsesudfordringer

I dag genbruges kun omkring 10 procent af kasseret plast i USA. Processorer har brug for en inputstrøm af ikke-kontamineret eller ren plast, men plastaffald indeholder ofte urenheder, såsom restfødevarer.

Batcher af bortskaffede plastprodukter kan også omfatte flere harpikstyper, og ofte ikke er ensartede i farve, form, gennemsigtighed, vægt, tæthed eller størrelse. Dette gør det svært for genbrugsfaciliteter at sortere dem efter type.

Smeltning og reform af blandet plastaffald skaber genbrugsmaterialer, der er dårligere i ydeevne end jomfrueligt materiale. Af denne grund, mange mennesker omtaler plastgenbrug som "downcycling".

Som de fleste forbrugere ved, mange plastvarer er stemplet med en kode, der angiver den type harpiks, de er lavet af, nummereret en til syv, inde i en trekant dannet af tre pile. Disse koder blev udviklet i 1980'erne af Society of the Plastic Industry, og har til formål at angive, om og hvordan de skal genbruges.

Imidlertid, disse logoer er meget vildledende, da de tyder på, at alle disse varer kan genbruges uendeligt mange gange. Faktisk, ifølge Miljøstyrelsen, genanvendelsesgraden i 2015 varierede fra høj til 31 procent for PET (SPI-kode 1) til 10 procent for polyethylen med høj densitet (SPI-kode 2) og et par procent i bedste fald for andre grupper.

Efter min mening, engangsplast bør i sidste ende kræves biologisk nedbrydeligt. For at få dette til at fungere, husstande bør have skraldespande til bioaffald til indsamling af mad, papir og bionedbrydeligt polymeraffald til kompostering. Tyskland har et sådant system på plads, og San Francisco komposterer organisk affald fra hjem og virksomheder.

Design af grønnere polymerer

Da moderne plast har mange typer og anvendelser, flere strategier er nødvendige for at erstatte dem eller gøre dem mere bæredygtige. Et mål er at lave polymerer fra biobaserede kulstofkilder i stedet for olie. Den lettest implementerbare løsning er at omdanne kulstof fra plantecellevægge (lignocellulosika) til monomerer.

Som et eksempel, mit laboratorium har udviklet en gærkatalysator, der tager vegetabilske olier og omdanner dem til en polyester, der har egenskaber, der ligner polyethylen. Men i modsætning til en oliebaseret plast, det kan nedbrydes fuldstændigt af mikroorganismer i komposteringssystemer.

Det er også bydende nødvendigt at udvikle nye omkostningseffektive ruter til nedbrydning af plast til kemikalier af høj værdi, der kan genbruges. Dette kan betyde brug af biologiske såvel som kemiske katalysatorer. Et spændende eksempel er en tarmbakterie fra melorme, der kan fordøje polystyren, omdanne det til kuldioxid.

Andre forskere udvikler højtydende vitrimere-en type termohærdet plast, hvor de bindinger, tværforbindende kæder kan danne og bryde, afhængigt af indbyggede forhold såsom temperatur eller pH. Disse vitrimere kan bruges til at gøre hårde, støbte produkter, der kan omdannes til flydende materialer ved slutningen af ​​deres levetid, så de kan reformeres til nye produkter.

Det tog mange års forskning, udvikling og markedsføring for at optimere syntetisk plast. Nye grønne polymerer, såsom polymælkesyre, er lige begyndt at komme ind på markedet, hovedsagelig i kompostposer, madbeholdere, kopper og engangsservice. Producenter har brug for support, mens de arbejder på at reducere omkostninger og forbedre ydeevnen. Det er også afgørende at forbinde akademisk og industriel indsats, så nye opdagelser hurtigere kan kommercialiseres.

I dag yder EU og Canada meget mere statsstøtte til opdagelse og udvikling af biobaseret og bæredygtig plast end USA. Det skal ændre sig, hvis Amerika vil konkurrere i den bæredygtige polymerrevolution.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.