驚くべき方法のプラスチックは実際に気候変動と戦うことができました

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—この投稿の作成者 ジョセフ・ロリン, 国立再生可能エネルギー研究所 及び ジェナE.ガレゴス, コロラド州立大学

あなたの車、電話、ソーダのボトルと靴は共通して何をしていますか？ 彼らは主に石油で作られています。 この再生不可能なリソースは、ポリマー（より一般的にはプラスチック）と呼ばれる多様な化学物質に加工されます。 オーバー 毎年5十億ガロンの石油 プラスチックのみに変換されます。

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ポリマーは、過去数十年間の多くの重要な発明の背後にあります。 3D印刷。 自動車から建築、家具まで幅広い用途に使用される、いわゆる「エンジニアリングプラスチックス」は優れた特性を持ち、環境問題の解決にも役立ちます。 例えば、エンジニアリングプラスチックのおかげで、 車両は軽量化しました、彼らはより良い燃費を得る。 しかし、使用回数が増えるにつれて、 プラスチックの需要もそうです。 世界はすでに毎年300万トン以上のプラスチックを生産しています。 その数は2050の6倍です。

石油は基本的にそれほど悪くはありませんが、彼らは逃した機会です。 幸い、代替手段があります。 石油ベースのポリマーから生物学的ベースのポリマーに切り替えることで、毎年何億トンもの炭素排出量を削減することができます。 バイオベースポリマー 再生可能で環境に優しいだけでなく、実際にはカーボンシンクの役割を果たすことで、気候変動に効果的な効果をもたらすことができます。 しかし、すべてのバイオポリマーが均等に作られるわけではありません。

バイオプラスチックは、すでに大気中にあるCOから炭素を取得するため、石油の掘削に依存しません。 QiuJu Song / Shutterstock.com

分解性バイオポリマー

あなたは "バイオプラスチック以前は、特に使い捨ての道具として、これらのプラスチックは油の代わりに植物に由来していました。 そのようなバイオポリマーは、サトウキビ、サトウダイコン、またはトウモロコシから、最も頻繁に糖を、精製および化学的に連結して様々な特性を有するポリマーを形成することができる前駆体分子を産生する微生物に与えることによって作製される。

植物由来のプラスチックは、環境にとって2つの理由からより優れています。 第一に、プラントベースのプラスチックを製造するのに必要なエネルギーが劇的に減少します。 80％。 石油由来のプラスチック2トンあたり3〜0.5トンのCOが生成されますが、これは生体高分子XNUMXトンあたり約XNUMXトンのCOに削減でき、プロセスは改善されつつあります。

カップが簡単に分解することと、車のコンポーネントにとってはまったく別のことです。 ミシェル・キンジー・ブランズ/ flickr, CC BY

第二に、植物由来のプラスチックは生分解性であるため、埋立地に蓄積しない。

プラスチックフォークのような使い捨て製品は生分解性に優れていますが、時には寿命が重要になることもあります。車のダッシュボードが徐々にキノコの山になって欲しいとは思わないでしょう。 他の多くのアプリケーションでは、建築材料、医療機器、家電製品など、同じタイプの復元力が必要です。 生分解性バイオポリマーもリサイクルできません。つまり、需要を満たすためには、より多くの植物を栽培して処理する必要があります。

カーボンストレージとしてのバイオポリマー

プラスチックは、原料にかかわらず、主に炭素で作られています –約80重量パーセント。 石油由来のプラスチックは、化石燃料の燃焼と同じようにCOを放出しませんが、このガス状汚染物質の過剰を隔離するのにも役立ちません。液体油からの炭素は、単に固体プラスチックに変換されます。

一方、バイオポリマーは、 植物に由来する、光合成を使用して、CO、水、太陽光を糖に変換します。 これらの糖分子が生体高分子に変換されると、 炭素が効果的に排除される 生分解されないか焼却されない限り、大気から排出されます。 たとえバイオポリマーが最終的に埋立地に入るとしても、彼らは依然としてこの炭素貯蔵の役目を果たします。

COâ、、はわずか約28パーセントの炭素です 重量でしたがって、ポリマーは、この温室効果ガスを貯蔵するための巨大な貯蔵所を構成します。 現在の世界の年間約300億トンのポリマーの供給がすべて非生分解性でバイオベースである場合、これは2.8ギガトン（XNUMX億トン）の隔離されたCOに相当し、その約XNUMXパーセントに相当します。 現在のグローバル排出量。 で 最近の報告、気候変動に関する政府間パネルは、気候変動を緩和するための重要な戦略として、炭素の捕獲、貯蔵、再利用について概説しました。 バイオベースのポリマーは、地球温暖化を摂氏20度に制限するために必要なCO除去の最大1.5％という重要な貢献をする可能性があります。

非分解性バイオポリマー市場

現在の炭素隔離戦略 地質学的貯蔵 COâ、地下の排気をポンプでくみますまたは 再生農業 土壌に多くの炭素を蓄積し、望ましい成果を生み出す政策に大きく傾いています。

これらは気候変動緩和のための重要なメカニズムですが、バイオポリマーの形での炭素の隔離は、異なるドライバ、すなわち資金を活用する可能性を秘めています。

価格だけに基づく競争はバイオポリマーにとって挑戦的でしたが、 初期の成功 より大きな浸透への道を示す。 1つの興味深い側面は、現在石油由来のポリマーには見られない新しい化学物質にアクセスする能力です。

ペトロプラスチックボトルは最大で数回しかリサイクルできません。 ハンス/ピクサベイ, CC BY

リサイクル性を考慮する。 従来のポリマーはほとんどありません 本当にリサイクル可能。 これらの材料は実際にはほとんどの場合ダウンサイクリングされているため、建設資材などの低価値の用途にのみ適しています。 しかし、遺伝子工学と酵素工学のツールのおかげで、 完全なリサイクル性 - 同じアプリケーションのために材料を繰り返し使用することができます - 最初からバイオポリマーに設計することができます。

今日のバイオポリマー 主に、ある種の細菌の天然発酵産物、例えば、乳酸菌の乳酸菌による生産（サワービールの味付けを提供する同じ製品）に基づいている。 これらが優れた第一歩である一方で、新興の研究は、バイオポリマーの真の多様性が、今後数年間で解き放たれることを示唆しています。 おかげ タンパク質を加工してDNAを改変する現代の能力、生体高分子前駆体のカスタム設計が可能になりました。 これにより、新しいポリマーの世界が可能になります。今日のCOがより有用で、より価値のある形で存在する材料です。

平面もポリマーで作られ始めています。バイオポリマーは次のステップです。 エリック・サラード/ウィキメディアコモンズ, のCC BY-SA

この夢を実現させるためには、より多くの研究が必要です。 初期の例は今日ここにありますが - 部分的に バイオベースのコカコーラPlantBottle - 最も有望な新しいバイオポリマーの多くを達成するために必要なバイオエンジニアリングはまだ研究段階にあります。 炭素繊維の代替可能性 自転車から風力タービンブレードまであらゆるものに使用することができます。

炭素隔離を支援する政府の政策も、採択の推進に役立つだろう。 この種の支援によって、今後5年間で炭素貯留としてのバイオポリマーの重要な利用が可能になります。これは気候変動の解決に大きく貢献する可能性のあるタイムラインです。

ジョセフ・ロリン、バイオエナジーのポスドク研究員、 国立再生可能エネルギー研究所 及び ジェナE.ガレゴス、化学および生物工学のポスドク研究員、 コロラド州立大学

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