Den overraskende måde plast faktisk kunne hjælpe med at bekæmpe klimaændringer

Hvad gør din bil, telefon, sodavandsflaske og sko har det til fælles? De er alle i vid udstrækning lavet af petroleum. Denne ikke-vedvarende ressource bliver forarbejdet til et alsidigt sæt kemikalier kaldet polymerer – eller mere almindeligt, plastik. Over 5 milliarder liter olie omdannes hvert år til plast alene.

Polymerer står bag mange vigtige opfindelser fra de seneste årtier, som 3-D print. Såkaldt "ingeniørplast, "anvendes i applikationer lige fra biler til byggeri til møbler, har overlegne egenskaber og kan endda hjælpe med at løse miljøproblemer. For eksempel, takket være ingeniørplast, køretøjer er nu lettere, så de får bedre brændstof kilometertal. Men efterhånden som antallet af anvendelser stiger, det samme gør efterspørgslen efter plastik. Verden producerer allerede over 300 millioner tons plastik hvert år. Antallet kan være seks gange så højt i 2050.

Petroplast er grundlæggende ikke så slemt, men de er en forpasset mulighed. Heldigvis, der er et alternativ. Skift fra oliebaserede polymerer til polymerer, der er biologisk baserede, kan reducere kulstofemissioner med hundredvis af millioner af tons hvert år. Biobaserede polymerer er ikke kun vedvarende og mere miljøvenlige at producere, men de kan faktisk have en netto gavnlig effekt på klimaændringer ved at fungere som en kulstofdræn. Men ikke alle biopolymerer er skabt lige.

Nedbrydelige biopolymerer

Du har måske stødt på "bioplastik" før, som især engangsredskaber – disse plastik stammer fra planter i stedet for olie. Sådanne biopolymerer fremstilles ved at fodre sukker, oftest fra sukkerrør, sukkerroer, eller majs, til mikroorganismer, der producerer precursor-molekyler, der kan renses og kemisk bindes sammen til polymerer med forskellige egenskaber.

Planteafledt plast er bedre for miljøet af to grunde. Først, der er en dramatisk reduktion i den energi, der kræves for at fremstille plantebaseret plast – med hele 80 procent. Mens hvert ton petroleumsafledt plast genererer 2 til 3 tons CO₂, dette kan reduceres til omkring 0,5 ton CO2 pr. ton biopolymer, og processerne bliver kun bedre.

Sekund, plantebaseret plast kan være biologisk nedbrydeligt, så de ikke samler sig på lossepladser.

Selvom det er fantastisk for engangsartikler som plastgafler at nedbrydes biologisk, nogle gange er en længere levetid vigtig – du vil sandsynligvis ikke have, at instrumentbrættet på din bil langsomt bliver til en bunke svampe med tiden. Mange andre applikationer kræver samme type modstandskraft, såsom byggematerialer, medicinsk udstyr og husholdningsapparater. Bionedbrydelige biopolymerer er heller ikke genanvendelige, hvilket betyder, at flere planter skal dyrkes og forarbejdes løbende for at imødekomme efterspørgslen.

Biopolymerer som kulstoflagring

Plast, uanset kilden, er hovedsageligt lavet af kulstof - omkring 80 vægtprocent. Mens petroleumsafledt plast ikke frigiver CO₂ på samme måde, som afbrænding af fossile brændstoffer gør, de hjælper heller ikke med at binde noget af overskuddet af denne gasformige forurening – kulstoffet fra flydende olie omdannes simpelthen til fast plast.

Bio-polymerer, på den anden side, stammer fra planter, som bruger fotosyntese til at omdanne CO₂, vand og sollys til sukkerarter. Når disse sukkermolekyler omdannes til biopolymerer, kulstoffet er effektivt låst væk fra atmosfæren – så længe de ikke er biologisk nedbrudt eller forbrændt. Selvom biopolymerer ender på en losseplads, de vil stadig tjene denne kulstoflagringsrolle.

CO₂ er kun omkring 28 vægtprocent kulstof, så polymerer udgør et enormt reservoir, hvori man kan opbevare denne drivhusgas. Hvis den nuværende globale årlige forsyning af omkring 300 millioner tons polymerer alle var ikke-bionedbrydelige og biobaserede, dette ville svare til et gigaton - en milliard tons - sekvestreret CO₂, omkring 2,8 procent af de nuværende globale emissioner. I en nylig rapport, det mellemstatslige panel om klimaændringer skitserede indfangning af, lagring og genbrug af kulstof som en nøglestrategi til at afbøde klimaændringer; biobaserede 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.

Markedet for ikke-nedbrydelige biopolymerer

Nuværende kulstofbindingsstrategier, herunder geologisk lagring, der pumper CO₂-udstødning under jorden eller regenerativt landbrug, der lagrer mere kulstof i jorden, læner sig meget op af politik for at skabe de ønskede resultater.

Selvom disse er kritiske mekanismer til afbødning af klimaændringer, bindingen af ​​kulstof i form af biopolymerer har potentialet til at udnytte en anden drivkraft:penge.

Konkurrence baseret på prisen alene har været udfordrende for biopolymerer, men tidlige succeser viser en vej mod større penetration. Et spændende aspekt er evnen til at få adgang til nye kemier, der ikke i øjeblikket findes i olieafledte polymerer.

Overvej genanvendelighed. Få traditionelle polymerer er virkelig genanvendelige. Disse materialer bliver faktisk oftest downcyclet, hvilket betyder, at de kun er egnede til applikationer med lav værdi, såsom byggematerialer. Takket være værktøjerne til genteknologi og enzymteknologi, imidlertid, egenskaber som fuldstændig genanvendelighed – som gør det muligt at bruge materialet gentagne gange til samme anvendelse – kan designes til biopolymerer fra begyndelsen.

Biopolymerer er i dag i høj grad baseret på naturlige fermenteringsprodukter fra visse bakteriearter, såsom Lactobacillus' produktion af mælkesyre - det samme produkt, der giver syrligheden i sure øl. Selvom disse udgør et godt første skridt, Ny forskning tyder på, at biopolymerers sande alsidighed vil blive frigivet i de kommende år. Takket være den moderne evne til at konstruere proteiner og modificere DNA, brugerdefineret design af bio-polymer precursorer er nu i rækkevidde. Med det, en verden af ​​nye polymerer bliver mulig – materialer, hvori nutidens CO₂ vil ligge i et mere nyttigt, mere værdifuld form.

For at denne drøm kan blive realiseret, mere forskning er nødvendig. Mens tidlige eksempler er her i dag - som den delvist biobaserede Coca-Cola PlantBottle - er den bioteknologi, der kræves for at opnå mange af de mest lovende nye biopolymerer, stadig i forskningsstadiet - som et fornybart alternativ til kulfiber, der kunne bruges i alt fra cykler til vindmøllevinger.

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