Hur Plast kan förvånansvärt hjälpa till att bekämpa klimatförändringen

Vad har din bil, telefon, läskflaska och skor gemensamt? De är till stor del gjorda av petroleum. Denna nonrenewable resurs blir bearbetad till en mångsidig uppsättning kemikalier som kallas polymerer - eller oftare plast. Över 5 miljarder liter olja varje år omvandlas till plast endast.

Polymerer ligger bakom många viktiga uppfinningar under de senaste decennierna, som 3D-utskrift. Den så kallade "engineering plast", som används i applikationer från bil till byggnad till möbler, har överlägsna egenskaper och kan även hjälpa till att lösa miljöproblem. Till exempel, tack vare plastplaster, är fordon nu lättare, så de får bättre bränslekvot. Men eftersom antalet användningsområden stiger, så kräver efterfrågan på plast. Världen producerar redan över 300 miljoner ton plast varje år. Numret kan vara sex gånger det senast 2050.

Petroplast är inte i grunden allt så illa, men de är ett missat tillfälle. Lyckligtvis finns det ett alternativ. Byte från petroleumbaserade polymerer till polymerer som är biologiska baserade kan minska koldioxidutsläppen med hundratals miljoner ton varje år. Biobaserade polymerer är inte bara förnybara och mer miljövänliga att producera, men de kan faktiskt få en netto fördelaktig effekt på klimatförändringen genom att fungera som kolavlopp. Men inte alla biopolymerer skapas lika.

Nedbrytbara biopolymerer

Du kan ha stött på "bioplast" framförallt, som engångsredskap i synnerhet - dessa plast härrör från växter istället för olja. Sådana biopolymerer framställs genom att mata sockerarter, oftast från sockerrör, sockerbetor eller majs till mikroorganismer som producerar prekursormolekyler som kan renas och kemiskt kopplas samman för att bilda polymerer med olika egenskaper.

Växtbaserad plast är bättre för miljön av två skäl. För det första är det en dramatisk minskning av den energi som krävs för att tillverka växtbaserad plast - med så mycket som 80 procent. Medan varje ton petroleum härledd plast genererar två till tre ton CO2, kan detta reduceras till ca 0,5 ton CO2 per ton biopolymer och processerna blir bara bättre.

För det andra kan växtbaserad plast vara biologiskt nedbrytbar, så att de inte ackumuleras i deponier.

Medan det är bra för engångsartiklar som plastgafflar för biologisk nedbrytning, är det ibland en längre livstid viktigt - du skulle nog inte vilja att bilens instrumentpanel sakta blir till en hög med svampar över tiden. Många andra tillämpningar kräver samma typ av motståndskraft, som byggmaterial, medicintekniska produkter och hushållsapparater. Biologiskt nedbrytbara biopolymerer är inte heller återvinningsbara, vilket innebär att fler växter behöver odlas och bearbetas ständigt för att möta efterfrågan.

Bio-polymerer som kolförvaring

Plast, oavsett källa, består huvudsakligen av kol - cirka 80 viktprocent. Medan petroleum härledd plast inte släpper ut CO2 på samma sätt som brinnande fossila bränslen gör det, hjälper de inte heller till att kollidera något av överskottet av detta gasformiga förorenande ämne - kolet från flytande olja omvandlas helt enkelt till fast plast.

Bio-polymerer, å andra sidan, härleds från växter, som använder fotosyntes för att omvandla CO2, vatten och solljus till sockerarter. När dessa sockermolekyler omvandlas till biopolymerer, låses kolet effektivt bort från atmosfären - så länge de inte är biologiska eller förbrända. Även om biopolymerer hamnar i en deponi, kommer de fortfarande att tjäna denna kollagerlagring.

CO2 är endast ca 28 viktprocent kol, vilket innebär att polymerer innefattar en enorm reservoar för att lagra denna växthusgas. Om den nuvarande världsutbudet på cirka 300 miljoner ton polymerer var alla icke biologiskt nedbrytbara och biobaserade skulle detta motsvara en gigaton - en miljard ton - av koldioxidutsläpp, CO 2, cirka 2,8 procent av dagens globala utsläpp. I en nyligen rapporterad rapport redogjorde den mellanstatliga panelen för klimatförändringar om att fånga, lagra och återanvända kol som en nyckelstrategi för att mildra klimatförändringen. biobaserade polymerer kan göra ett viktigt bidrag, upp till 20 procent av den CO₂-avlägsnande som krävs för att begränsa den globala uppvärmningen till 1,5 grader Celsius.

Den icke-nedbrytbara biopolymermarknaden

Aktuella koldioxidutsläppsstrategier, inklusive geologisk lagring som pumpar CO₂-utlopp underjordiskt eller regenerativt jordbruk som lagrar mer koldioxid i jorden, lutar kraftigt på politiken för att driva de önskade resultaten.

Även om dessa är kritiska mekanismer för minskning av klimatförändringen, har sekvestreringen av kol i form av bio-polymerer potential att utnyttja en annan förare: pengar.

Konkurrens baserad på pris ensam har varit utmanande för bio-polymerer, men tidiga framgångar visar en väg mot större penetration. En spännande aspekt är möjligheten att få tillgång till nya kemikalier som för närvarande inte finns i petroleum härledda polymerer.

Tänk på återvinningsbarhet. Få traditionella polymerer är verkligen återvinningsbara. Dessa material är egentligen oftast nere, vilket betyder att de bara är lämpliga för applikationer med lågt värde, till exempel byggmaterial. Tack vare verktygen för genetisk och enzymteknik kan egenskaper som komplett återvinningsbarhet - som tillåter materialet att användas flera gånger för samma tillämpning - emellertid utformas i bio-polymerer från början.

Bio-polymerer idag är i stor utsträckning baserade på naturliga jäsningsprodukter av vissa bakteriearter, såsom produktion av Lactobacillus av mjölksyra - samma produkt som ger tartness i sura öl. Även om dessa utgör ett bra första steg, tyder på ny forskning att den verkliga mångsidigheten hos biopolymerer kommer att släppas ut under de närmaste åren. Tack vare den moderna förmågan att konstruera proteiner och modifiera DNA, är anpassad design av biopolymerprekursorer nu inom räckhåll. Med det blir en värld av nya polymerer möjliga - material där dagens CO₂ kommer att ligga i en mer användbar och mer värdefull form.

För att denna dröm ska kunna realiseras behövs mer forskning. Även om de tidiga exemplen finns här idag - som den delvis bio-baserade Coca-Cola PlantBottle - är biotekniken som krävs för att uppnå många av de mest lovande nya bio-polymererna fortfarande i forskningssteget - som ett förnybart alternativ till kolfiber som skulle kunna användas i allt från cyklar till vindturbinblad.

Regeringens politik som stöder koldioxiduppsägning skulle också bidra till att driva antagandet. Med denna typ av stöd på plats är betydande användning av biopolymerer som kollagring möjlig så snart som de närmaste fem åren - en tidslinje med potential att ge ett viktigt bidrag till att hjälpa till att lösa klimatkrisen.

Den här artikeln publicerades ursprungligen på The Conversation av Joseph Rollin och Jenna E. Gallegos. Läs den ursprungliga artikeln här.