Nytænkning af plastik:Team udsender en presserende opfordring til handling mod plastikforurening

Folk levede uden plastik indtil det sidste århundrede eller deromkring, men de fleste af os ville have svært ved at forestille os hvordan.

Plast er nu overalt i vores liv, giver lavpris bekvemmelighed og andre fordele i utallige applikationer. De kan formes til næsten enhver opgave, fra tjavsede film til squishy børnelegetøj og hårde komponenter. De har vist sig vitale inden for medicin og har været afgørende i den globale indsats for at bremse spredningen af ​​COVID-19-pandemien i løbet af de sidste 16 måneder.

Plast virker uundværligt i disse dage.

Desværre på lang sigt, de er også næsten uforgængelige. Vores planet bærer nu vægten af ​​mere end syv milliarder tons plastik, med mere, der produceres hver dag. En stadigt voksende affaldsstrøm tilstopper vores lossepladser, forurener vores vandveje og udgør en presserende krise for vores planet.

Fire forskere har offentliggjort en opfordring til handling i et nyt nummer af Videnskab , helliget plastproblemet.

I en omfattende indledende artikel, forskerne - inklusive to fra University of Delaware, en fra Lawrence Berkeley National Laboratory i Californien og en anden fra University of Sheffield i Det Forenede Kongerige – opfordrer til fundamental ændring i den måde, plast designes på, produceret, brugt og genbrugt.

Det ultimative mål:Design, vedtage og sikre en "cirkulær" livscyklus for plast, der ikke fører til en losseplads eller et hav eller en vejkant, men til et langt liv med næsten uendelig brug og genbrug af de værdifulde ressourcer og applikationer, de repræsenterer.

Det kræver nye tilgange til kemi, ingeniørarbejde, industrielle processer, politik og globalt samarbejde, ifølge medforfatterne LaShanda T.J. Korley, direktør for Center for Plastics Innovation (CPI) ved University of Delaware og hovedforsker af en National Science Foundation (NSF) Partnerships for International Research and Education-indsats i bio-inspirerede materialer og systemer; UD's Thomas H. Epps, III, meddirektør for CPI, ledende hovedefterforsker af en NSF Growing Convergence Research (GCR) indsats i Materials Life-Cycle Management og direktør for Center for Hybrid, Aktiv, og responsive materialer (CHARM) på UD; Brett A. Helms fra Molecular Foundry ved Lawrence Berkeley National Laboratory i Californien; og Anthony J. Ryan fra Grantham Center for Sustainable Futures ved University of Sheffield i Storbritannien.

"Dilemmaet med plastaffald er en global udfordring, der kræver akut indgriben og en samordnet indsats, der forbinder partnere på tværs af industrielle, akademisk, finansiel, og offentlige sektorer støttet af betydelige investeringer i bæredygtighed, " de skriver.

Det er en stor ordre, der inkluderer opmærksomhed på genbrug, "upcycling" (genbrug af materialer på nye måder med merværdi), udvikling af nye materialer og anerkendelse af behovene i samfund med mangel på ressourcer.

"Der er ikke en ensartet løsning, " sagde Korley, Anerkendt professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved UD, som har brugt sin karriere på at udvikle ny plast med specifikke egenskaber. "Hvordan folk lever med affald, og hvordan de genbruger, er så forskelligt. Rejser i Europa har fremhævet den skarpe kontrast i brugen af ​​engangsplastik, såsom sugerør og bestik i sammenligning med USA i hele USA, byer og kommuner i en enkelt stat kan gøre tingene anderledes."

Komplekse opskrifter bruges i mange plastik, Korley sagde, og omfatter ofte flere slags polymerer og andre additiver. Hver komponent kan komplicere genbrugsindsatsen eller umuliggøre genanvendelse, hvilket er grunden til, at genbrugere vil acceptere nogle slags plastik og nægte andre.

Men hvordan kan plast designes, så alle deres komponenter kan dekonstrueres til fremtidig brug i andre produkter?

Dette er udfordringen for CPI, som Korley instruerer. Dens fokus er på "upcycling" af plast - at finde måder at forvandle plastikaffald til værdifulde materialer såsom brændstoffer og smøremidler. Forskere bruger katalyse og enzymer til at rekonstituere nogle former for plastik, såsom højdensitetspolyethylen (HDPE), lavdensitetspolyethylen (LDPE) og polystyren/styrofoam, den slags plast, der bruges i mælkekander, shampoo flasker, sandwich poser, kaffekopper, dagligvareposer og mademballage.

"Forskellige materialeegenskaber kræver brug af forskellige polymerer og blandinger og additiver, som bidrager til kompleksiteten og hierarkiet af affald, " sagde Korley.

Det Videnskab papir omhandler det og meget mere, med en påtrængning, der afspejler de reelle og nuværende farer for en planet, der er kvalt af kasseret plastik, der ikke er på vej nogen steder snart.

Nogle af disse realiteter er virkelig dystre. Tag plastikvandflasken, der hjalp med at slukke din tørst efter en morgenløbetur for fem år siden, for eksempel. Den skal nok være med os – et eller andet sted – i yderligere 395 år. Langsom forringelse hjælper os heller ikke. Forskere har fundet ud af, at små mikrostykker af nedslidt plastik er udbredt i det vand, vi drikker, og de fødevarer, vi spiser.

Mindre end 10 % af plastaffaldet genanvendes overhovedet, og mindre end 1 % vil blive genanvendt mere end én gang. Omkring 12 % vil blive forbrændt. Millioner af tons kasseret plastik vinder op i gigantiske hvirvler af affald i havet, og resten af ​​det hober sig op på lossepladser, synker ned i flodlejer eller ligger i vejkanter rundt om i verden.

Men Helms, en medforfatter fra Lawrence Berkeley National Lab, var en del af holdet, der skabte en næste generations plastik kaldet PDK (polydiketoenamin), som kan reduceres tilbage til sine molekylære dele og samles igen efter behov.

"Vi er på et kritisk punkt, hvor vi skal tænke på den nødvendige infrastruktur for at modernisere genbrugsfaciliteter til fremtidig affaldssortering og -behandling, " sagde Helms efter det nye materiale blev annonceret. "Hvis disse faciliteter var designet til at genbruge eller upcycle PDK og relateret plastik, så ville vi være i stand til mere effektivt at aflede plastik fra lossepladser og havene. Det er et spændende tidspunkt at begynde at tænke på, hvordan man designer både materialer og genbrugsfaciliteter for at muliggøre cirkulær plast."

Byggestenene i plast - monomerer - består af elementer, herunder kulstof, brint, ilt, nitrogen, klor og svovl. Disse monomerer er forbundet med kemiske bindinger til polymerer, som kan bruges til dannelse af plast, der skal fremstilles i forskellige former til mange forskellige anvendelser.

Værdien af ​​alle disse ressourcer går tabt i engangsapplikationer, sagde Sheffields Ryan. Han kalder det en "praktisk sandhed" - bekvemmeligheden og de billige omkostninger ved sådanne produkter gør dem overbevisende for forbrugerne, uden at erkende den iboende værdi og omkostninger for planeten. Marketingstrategier, der hævder, at visse plastprodukter er "grønne" og biologisk nedbrydelige for at tiltrække velmenende forbrugere, bekymrer ham især.

"Kynisk 'greenwash' er det største problem for plastiks bæredygtighed, " sagde han. "Så jeg var meget opsat på at arbejde med LaShanda og Thomas om dette. Jeg har kendt dem, siden de var ph.d. studerende."

Med innovation og samarbejde som søjler i de nye centre, de leder sammen – Korleys U.S. Department of Energy-støttede CPI og Epps' NSF-støttede CHARM og GCR, Korley og Epps, Allan og Myra Fergusons fremtrædende professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab, er på forkant med bestræbelserne på at forlænge levetiden af ​​olie- og bioafledt plast og/eller sætte dem på en cirkulær bane, der fortsætter fra produktion til første brug til rekonstituering til evig tid.

Ryan sagde, at han ser en "cirkulær økonomi" som kritisk. Han ser værdien i genbrug og upcycling og udvikling af nye materialer, men ingen er en "sølvkugle". At løse plastikdilemmaet kræver anerkendelse af plastens sande værdi.

"En løsning er noget, Amerika ikke er særlig god til - regler, politik og skat, " sagde han. "Der er ikke et let svar på plastikproblemet. Et uhæmmet marked vil ikke give det.

"For alle disse spørgsmål, hvor videnskab og teknik og samfund krydser hinanden, svaret er altid:Det er kompliceret."

Et mere præcist perspektiv, efter Ryans opfattelse, er at se plastikproblemet som relateret til klimaændringsproblemet uden at lade det være en distraktion.

"Klimaforandringer er en ubekvem sandhed og en usynlig sandhed, " sagde han. "Du kan ikke se, hvad der forårsager det, og du kan ikke se kuldioxid i atmosfæren. Man forbinder ikke kørsel til butikken med klimaforandringer.

"Man forbinder ting med plastikaffald - og det er en praktisk sandhed. Vi har ingen problemer med at tage fossile brændstoffer og omdanne dem til plastik. Men nu skal vi passe på det dyrebare plastik. Smid det ikke bare ud. Det er bare for billigt. På grund af forureningsproblemet, vi er nødt til at give det en kunstigt høj pris."

Livscyklusanalysedata er nøglen til at træffe evidensbaserede beslutninger, Ryan sagde, og det kan forbrugere og lovgivere ikke gøre på egen hånd. De har brug for fagfolk til at opdele omkostningerne og fordelene og forklare mulighederne.

"Det er langt mere komplekst, end de fleste mennesker er villige til at overveje, " han sagde.

Opfordringen til handling er omfattende.

"For at opnå en mere bæredygtig fremtid, integration af ikke kun teknologiske overvejelser, men også aktieanalyse, forbruger adfærd, geografiske krav, politisk reform, livscyklusvurdering, infrastrukturtilpasning, og forsyningskædepartnerskaber er afgørende, " sagde forfatterne.

Korley sagde, at hun ser en voksende passion for denne skræmmende udfordring.

"Disse initiativer skaber begejstring blandt vores elever - gymnasiet, bachelor og kandidat og vores postdocs, " sagde hun. "Folk brænder for at gøre noget for at forbedre verden. Og de kan tale med deres bedstemor eller deres niece eller nevø og forklare, hvorfor det arbejde, de udfører, betyder noget."