Як пластмаси можуть дивно допомогти боротися зі зміною клімату

Що спільного між вашим автомобілем, телефоном, содовою пляшкою та взуттям? Всі вони в основному зроблені з нафти. Цей невідновлюваний ресурс переробляється в універсальний набір хімічних речовин, які називаються полімерами - або частіше - пластмасами. Понад 5 мільярдів галонів нафти щорічно перетворюються в пластмаси.

Полімери стоять за багатьма важливими винаходами останніх десятиліть, наприклад, 3D-друк. Так звані "інженерні пластики", що використовуються в додатках, починаючи від автомобілебудування та будівництва до меблів, мають чудові властивості і навіть допомагають вирішити екологічні проблеми. Наприклад, завдяки інженерним пластикам, транспортні засоби тепер більш легкі ваги, тому вони отримують кращий пробіг палива. Але, як збільшується кількість використання, зростає і попит на пластмаси. У світі вже щорічно виробляється понад 300 мільйонів тонн пластику. Кількість може бути в шість разів більшою, ніж до 2050 року.

Петропластика не є такою поганою, але вони є пропущеною можливістю. На щастя, є альтернатива. Перехід від полімерів на нафтовій основі до біологічних полімерів може зменшити викиди вуглецю на сотні мільйонів тонн на рік. Полімери на біологічній основі не тільки є відновлюваними та більш екологічно чистими для виробництва, але фактично можуть мати чистий благотворний вплив на зміну клімату, виконуючи роль поглинання вуглецю. Але не всі біополімери створюються рівними.

Біополімери, що розкладаються

Можливо, раніше ви зустрічали «біопластику», як, зокрема, одноразовий посуд - ці пластики виводяться з рослин замість нафти. Такі біополімери виготовляють шляхом подачі цукрів, найчастіше з цукрового очерету, цукрових буряків або кукурудзи, до мікроорганізмів, які виробляють молекули-попередники, які можуть бути очищені і хімічно пов'язані разом з утворенням полімерів з різними властивостями.

Пластики, отримані з рослин, є кращими для навколишнього середовища з двох причин. По-перше, відбувається різке скорочення енергії, необхідної для виробництва пластмас на основі рослин - на цілих 80%. У той час як кожна тонна пластику, одержуваного нафтою, виробляє від двох до трьох тонн CO₂, це може бути зменшено до приблизно 0,5 тонн CO₂ на тонну біополімеру, а процеси стають лише кращими.

По-друге, рослинні пластики можуть бути біологічно розкладаються, тому вони не накопичуються на полігонах.

Хоча це ідеально підходить для біологічного розпаду одноразових виробів, таких як пластикові вилки, іноді важливо довше життя - ви, напевно, не хочете, щоб приладова панель вашого автомобіля повільно перетворювалася на купу грибів з плином часу. Багато інших застосувань вимагають однакового типу стійкості, наприклад, будівельних матеріалів, медичних пристроїв і побутової техніки. Біорозкладані біополімери також не підлягають вторинній переробці, а це означає, що для задоволення попиту необхідно постійно вирощувати і переробляти більше рослин.

Біополімери в якості сховища вуглецю

Пластмаси, незалежно від джерела, в основному виготовлені з вуглецю - близько 80 відсотків по масі. Незважаючи на те, що нафтопродукти не випускають CO₂ так само, як при спалюванні викопного палива, вони також не допомагають виділити будь-який надлишок цього газоподібного забруднювача - вуглець з рідкого масла просто перетворюється на тверді пластмаси.

Біополімери, з іншого боку, отримані з рослин, які використовують фотосинтез для перетворення CO₂, води і сонячного світла в цукор. Коли ці молекули цукру перетворюються в біополімери, вуглець ефективно блокується від атмосфери - до тих пір, поки вони не біодеградуються або спалюються. Навіть якщо біополімери опиняться на полігоні, вони все одно будуть виконувати цю роль зберігання вуглецю.

CO₂ становить лише близько 28% вуглецевого ваги, тому полімери містять величезний резервуар, в якому зберігається цей парниковий газ. Якщо поточна світова щорічна поставка близько 300 мільйонів тонн полімерів була б не біорозкладаною та біологічною, це означало би гігатон - мільярд тонн поглиненого CO₂, що становить близько 2,8% поточних глобальних викидів. У нещодавньому звіті Міжурядова група з питань зміни клімату окреслила захоплення, зберігання та повторне використання вуглецю як ключову стратегію для пом'якшення зміни клімату; Полімери на біологічній основі можуть зробити ключовий внесок - до 20% вилучення CO, необхідного для обмеження глобального потепління до 1,5 градусів Цельсія.

Недеградований ринок біополімерів

Поточні стратегії поглинання вуглецю, включаючи геологічне зберігання, яке викачує викиди СО2 під землею або регенеративне сільське господарство, яке зберігає більше вуглецю в ґрунті, значною мірою спираються на політику для досягнення бажаних результатів.

Хоча це критичні механізми для пом'якшення зміни клімату, поглинання вуглецю у вигляді біополімерів має потенціал для використання іншого водія: грошей.

Конкуренція, заснована тільки на ціні, була важкою для біополімерів, але ранні успіхи показують шлях до більшого проникнення. Одним з цікавих аспектів є можливість доступу до нових хімічних речовин, які в даний час не містяться в полімерах, одержаних нафтою.

Розглянути можливість переробки. Мало традиційних полімерів дійсно піддається переробці. Ці матеріали найчастіше найчастіше знижуються, що означає, що вони придатні тільки для низькоцінних програм, таких як будівельні матеріали. Однак, завдяки інструментам генетичної та ферментної інженерії, властивості, такі як повна переробна здатність - що дозволяє повторно використовувати матеріал для однієї і тієї ж програми - можуть бути розроблені в біополімери з самого початку.

Біополімери сьогодні засновані в основному на натуральних продуктах бродіння деяких видів бактерій, таких як виробництво Lactobacillus молочної кислоти - того ж продукту, який забезпечує терпкість в кислому пиві. Незважаючи на те, що вони є гарним першим кроком, нові дослідження показують, що справжня універсальність біополімерів має бути розв'язана в найближчі роки. Завдяки сучасній здатності розробляти білки і модифікувати ДНК, спеціальний дизайн біополімерних прекурсорів тепер доступний. Завдяки цьому стає можливим світ нових полімерів - матеріали, в яких CO₂ сьогодні буде знаходитися в більш корисному, більш цінному вигляді.

Для реалізації цієї мрії потрібні додаткові дослідження. Хоча на сьогоднішній день на сьогоднішній день - як і частково біологічний Coca-Cola PlantBottle - біоінженерія, необхідна для досягнення багатьох найбільш перспективних нових біополімерів, все ще перебуває на стадії дослідження - як альтернативна альтернатива вуглецевому волокну, яка може бути використана у всьому: від велосипедів до лопаток турбін.

Урядова політика, що підтримує поглинання вуглецю, також сприятиме впровадженню. З такою підтримкою на місці, значне використання біополімерів в якості сховища вуглецю можливе вже в найближчі п'ять років - графік з потенціалом, щоб зробити значний внесок у допомогу у вирішенні кліматичної кризи.

Ця стаття спочатку була опублікована на бесіді Джозефа Ролліна та Дженни Е. Гальегос. Читайте оригінальну статтю тут.