Більше 99 відсотків сьогоднішніх пластмас надходить з нафти, але нові біологічні варіанти стають доступними. Піктограми від Vectors Market, Freepik та srip, CC BY

Що спільного для вашого автомобіля, телефону, пляшки з содою та взуття? Всі вони багато в чому виготовлені з нафти. Цей невідновлюваний ресурс переробляється у універсальний набір хімікатів, що називаються полімерами, або, звичайно, пластиками. Над 5 мільярдів галонів нафти щороку перетворюються в пластик поодинці.

Полімери відстають від багатьох важливих винаходів за останні кілька десятиліть 3D друку. Так звана "інженерна пластмаса", яка використовується в застосуванні, починаючи від автомобільної конструкції до будівництва меблів, має чудові властивості і навіть може допомогти вирішити екологічні проблеми. Наприклад, завдяки інженерній пластмасі, транспортні засоби тепер мають легшу вагу, тому вони покращують пробіг пального. Але як кількість застосувань зростає, як і попит на пластмаси. Світ вже виробляє понад 300 мільйонів тонн пластику щороку. Цифра може бути в шість разів більша за 2050.

Петропластика в принципі не все так погано, але це упущена можливість. На щастя, є альтернатива. Перехід від нафтових полімерів до полімерів на біологічній основі може зменшити викиди вуглецю на сотні мільйонів тонн щороку. Полімери на біологічній основі є не тільки відновлюваними та екологічно чистими у виробництві, але вони можуть мати чистий сприятливий вплив на зміну клімату, виконуючи функцію мийки вуглецю. Але не всі біополімери створюються рівними.

Bioplastics don’t depend on drilling for oil since they get their carbon from CO? already in the atmosphere. Пісня QiuJu / Shutterstock.com

Розкладаються біополімери

Можливо, ви стикалися з "біопластикаРаніше, зокрема, як одноразовий посуд - ці пластмаси отримують із рослин замість олії. Такі біополімери виготовляють шляхом живлення цукрів, найчастіше з цукрової тростини, цукрових буряків або кукурудзи, до мікроорганізмів, які виробляють молекули-попередники, які можуть бути очищені та хімічно пов'язані між собою, утворюючи полімери з різними властивостями.

Пластикові рослинні рослини краще для навколишнього середовища з двох причин. По-перше, спостерігається різке скорочення енергії, необхідної для виготовлення рослинних пластмас - на цілих відсотків 80. While each ton of petroleum-derived plastic generates 2 to 3 tons of CO?, this can be reduced to about 0.5 tons of CO? per ton of bio-polymer, and the processes are only getting better.

По-друге, пластмаси на основі рослин можуть бути біологічно розкладаються, тому вони не накопичуються на сміттєзвалищах.

Хоча це чудово підходить для одноразового використання, як пластикові виделки для біологічного розкладу, іноді важливий довший термін експлуатації - ви, мабуть, не хотіли б, щоб приладова панель вашого автомобіля з часом повільно перетворювалася на купу грибів. Багато інших застосувань вимагають того ж типу стійкості, як будівельні матеріали, медичні пристрої та побутова техніка. Біополімери, що розкладаються біологічно, також не підлягають вторинній переробці, тобто більше рослин потрібно постійно вирощувати та обробляти для задоволення попиту.

Біополімери як накопичення вуглецю

Пластмаси, незалежно від джерела, в основному виготовлені з вуглецю – about 80 percent by weight. While petroleum-derived plastics don’t release CO? in the same way that burning fossil fuels does, they also don’t help sequester any of the excess of this gaseous pollutant – the carbon from liquid oil is simply converted into solid plastics.

Біополімери, з іншого боку, є отриманий з рослин, which use photosynthesis to convert CO?, water and sunlight to sugars. When these sugar molecules are converted into bio-polymers, the вуглець ефективно блокується з атмосфери - до тих пір, поки вони не піддаються біодеградації та не спалюються. Навіть якщо біополімери опиняться на сміттєзвалищі, вони все одно будуть виконувати цю роль для зберігання вуглецю.

CO? is only about 28 percent carbon по вазі, so polymers comprise an enormous reservoir in which to store this greenhouse gas. If the current world annual supply of around 300 million tons of polymers were all non-biodegradable and bio-based, this would equate to a gigaton — a billion tons — of sequestered CO?, about 2.8 percent of поточні глобальні викиди. У недавній звіт, the Intergovernmental Panel on Climate Change outlined capturing, storing and reusing carbon as a key strategy for mitigating climate change; bio-based polymers could make a key contribution, up to 20 percent of the CO? removal required to limit global warming to 1.5 degrees Celsius.

Нерозкладається ринок біополімерів

Поточні стратегії захоплення вуглецю, в тому числі геологічне зберігання that pumps CO? exhaust underground or відновлювальне землеробство що зберігає більше вуглецю в ґрунті, сильно спирається на політику для досягнення бажаних результатів.

Хоча це найважливіші механізми пом'якшення зміни клімату, захоплення вуглецю у вигляді біополімерів може використати іншого рушія: гроші.

Конкуренція, що базується лише на ціні, була складною для біополімерів, але ранні успіхи показати шлях до більшого проникнення. Одним із захоплюючих аспектів є можливість доступу до нових хімічних засобів, які зараз не зустрічаються в нафтових полімерах.

Петропластикові пляшки можна переробити лише в кілька разів максимум. хан / піксабай, CC BY

Розглянемо можливість переробки. Мало традиційних полімерів по-справжньому переробляється. Насправді ці матеріали найчастіше є оцикленованими, тобто вони підходять лише для застосувань малої вартості, наприклад, будівельних матеріалів. Завдяки інструментам генної та ферментної інженерії, однак, властивості подібні повна утилізація - що дозволяє повторно використовувати матеріал для одного і того ж застосування - з самого початку може бути розроблено в біополімери.

Біополімери сьогодні в основному засновані на природних продуктах бродіння певних видів бактерій, таких як виробництво лактобактерій молочної кислоти - того самого продукту, що забезпечує терпкість в кислих пивах. Незважаючи на те, що вони є хорошим першим кроком, нові наукові дослідження свідчать про те, що справжня універсальність біополімерів буде відкрита в найближчі роки. Завдяки сучасна здатність розробляти білки та змінювати ДНК, custom design of bio-polymer precursors is now in reach. With it, a world of new polymers become possible – materials in which today’s CO? will reside in a more useful, more valuable form.

Лінії також починають виготовляти з полімерів - наступним кроком є ​​біополімери. Ерік Салард / Вікімедія, CC BY-SA

Щоб ця мрія здійснилася, потрібно більше досліджень. Хоча ранні приклади сьогодні тут - як частково Коко-Кола рослинна пляшка на біологічній основі - біоінженерія, необхідна для досягнення багатьох найперспективніших нових біополімерів, ще знаходиться на стадії дослідження - як поновлювана альтернатива вуглецю що може бути використане у всьому, від велосипедів до лопат вітрових турбін.

Політика уряду, яка підтримує захоплення вуглецю, також допоможе стимулювати прийняття. За наявності такої підтримки істотне використання біополімерів як накопичення вуглецю можливо якнайшвидше протягом наступних п'яти років - часовий графік, який може внести вагомий внесок у сприяння вирішенню кліматичної кризи.

Про авторів

Джозеф Роллін, докторський науковий співробітник біоенергетики, Національна лабораторія відновлюваної енергії та Дженна Е. Галлегос, докторантура з хімічної та біологічної інженерії, Державний університет Колорадо

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon