De verrassende manier waarop kunststoffen daadwerkelijk kunnen helpen bij het bestrijden van klimaatverandering

van The Conversation

— dit bericht geschreven door Joseph Rollin, Nationaal Hernieuwbare Energie Laboratorium en Jenna E. Gallegos, Colorado State University

Wat hebben uw auto, telefoon, frisdrankfles en schoenen gemeen? Ze zijn allemaal grotendeels gemaakt van aardolie. Deze niet-hernieuwbare hulpbron wordt verwerkt tot een veelzijdige reeks chemicaliën, polymeren - of, veelal, plastics. Over 5 miljard gallons olie per jaar worden omgezet in kunststoffen alleen.

Deel dit artikel aub – Ga helemaal bovenaan de pagina, aan de rechterkant, voor knoppen voor sociale media.

Polymeren staan ​​achter vele belangrijke uitvindingen van de afgelopen decennia, zoals 3D afdrukken. Zogenaamde 'engineering plastics', gebruikt in toepassingen variërend van automotive tot constructie tot meubels, hebben superieure eigenschappen en kunnen zelfs helpen bij het oplossen van milieuproblemen. Bijvoorbeeld dankzij engineering plastics, voertuigen zijn nu lichter, zodat ze een beter brandstofrendement krijgen. Maar naarmate het aantal toepassingen stijgt, dat geldt ook voor de vraag naar kunststoffen. De wereld produceert al meer dan 300 miljoen ton plastic per jaar. Het aantal kan zes keer zo hoog zijn als bij 2050.

Petro-plastics zijn helemaal niet zo slecht, maar het is een gemiste kans. Gelukkig is er een alternatief. Overschakelen van op aardolie gebaseerde polymeren naar polymeren die biologisch zijn gebaseerd, zou de CO2-uitstoot met honderden miljoenen tonnen per jaar kunnen verminderen. Biologische polymeren zijn niet alleen hernieuwbaar en milieuvriendelijker om te produceren, maar ze kunnen zelfs een netto gunstig effect hebben op de klimaatverandering door te fungeren als koolstofput. Maar niet alle bio-polymeren zijn gelijk gemaakt.

Bioplastics zijn niet afhankelijk van het boren naar olie, omdat ze hun koolstof halen uit COâ‚‚ die al in de atmosfeer zit. QiuJu Song / Shutterstock.com

Afbreekbare bio-polymeren

Je bent misschien tegengekomen "bioplastics"Vroeger, als wegwerpgereedschap in het bijzonder, zijn deze kunststoffen afgeleid van planten in plaats van olie. Dergelijke biopolymeren worden gemaakt door suikers toe te dienen, meestal van suikerriet, suikerbieten of maïs, tot micro-organismen die precursormoleculen produceren die kunnen worden gezuiverd en chemisch met elkaar kunnen worden verbonden om polymeren met verschillende eigenschappen te vormen.

Plantaardige kunststoffen zijn om twee redenen beter voor het milieu. Ten eerste is er een dramatische vermindering van de energie die nodig is om op planten gebaseerde kunststoffen te produceren - tot wel 80 procent. Terwijl elke ton van aardolie afgeleid plastic 2 tot 3 ton COâ genereert, kan dit worden teruggebracht tot ongeveer 0.5 ton COâ per ton biopolymeer, en de processen worden alleen maar beter.

Het is één ding dat een kopje gemakkelijk uit elkaar valt, iets heel anders voor de onderdelen van uw auto. Michelle Kinsey Bruns / flickr, CC BY

Ten tweede kunnen plantaardige plastics biologisch afbreekbaar zijn, zodat ze zich niet op stortplaatsen ophopen.

Hoewel het prima is om disposables zoals plastic vorken biologisch af te breken, is soms een langere levensduur belangrijk - je zou waarschijnlijk niet willen dat het dashboard van je auto langzaam verandert in een stapel paddenstoelen. Veel andere toepassingen vereisen hetzelfde type veerkracht, zoals bouwmaterialen, medische apparaten en huishoudelijke apparaten. Biologisch afbreekbare biopolymeren zijn ook niet recyclebaar, wat betekent dat er steeds meer planten moeten worden gekweekt en verwerkt om aan de vraag te voldoen.

Bio-polymeren als koolstofopslag

Kunststoffen, ongeacht de bron, zijn hoofdzakelijk gemaakt van koolstof – ongeveer 80 gewichtsprocent. Hoewel van aardolie afgeleide kunststoffen geen COXNUMX afgeven op dezelfde manier als de verbranding van fossiele brandstoffen, helpen ze ook niet om het teveel aan deze gasvormige verontreinigende stof vast te leggen - de koolstof uit vloeibare olie wordt eenvoudigweg omgezet in vaste kunststoffen.

Bio-polymeren, aan de andere kant, zijn afgeleid van planten, die gebruikmaken van fotosynthese om COâ‚‚, water en zonlicht om te zetten in suikers. Wanneer deze suikermoleculen worden omgezet in biopolymeren, koolstof is effectief opgesloten uit de atmosfeer - zolang ze niet biologisch afgebroken of verbrand zijn. Zelfs als biopolymeren op een stortplaats terechtkomen, zullen ze deze koolstofopslagfunctie nog steeds vervullen.

COâ‚‚ is slechts ongeveer 28 procent koolstof bij gewicht, dus polymeren vormen een enorm reservoir om dit broeikasgas in op te slaan. Als de huidige wereldwijde jaarlijkse voorraad van ongeveer 300 miljoen ton polymeren allemaal niet-biologisch afbreekbaar en biogebaseerd zou zijn, zou dit gelijk staan ​​aan een gigaton – een miljard ton – gesekwestreerde COâ‚‚, ongeveer 2.8 procent van huidige wereldwijde uitstoot. In een recent verslag, het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering schetste het vastleggen, opslaan en hergebruiken van koolstof als een belangrijke strategie om de klimaatverandering tegen te gaan; biogebaseerde polymeren kunnen een belangrijke bijdrage leveren, tot 20 procent van de CO‚‚-verwijdering die nodig is om de opwarming van de aarde te beperken tot 1.5 graad Celsius.

De niet-afbreekbare biopolymeermarkt

Huidige koolstofvastleggingstrategieën, inclusief geologische opslag die COâ-uitlaat onder de grond pompt of regeneratieve landbouw die meer koolstof in de bodem opslaat, leunt zwaar op beleid om de gewenste resultaten te bereiken.

Hoewel dit cruciale mechanismen zijn voor het tegengaan van klimaatverandering, heeft het vastleggen van koolstof in de vorm van biopolymeren het potentieel om een ​​andere bestuurder te gebruiken: geld.

Concurrentie op basis van alleen de prijs is een uitdaging voor biopolymeren, maar vroege successen toon een pad naar een grotere penetratie. Een opwindend aspect is het vermogen om toegang te krijgen tot nieuwe chemieën die momenteel niet worden gevonden in van aardolie afgeleide polymeren.

Petro-plastic flessen kunnen slechts een paar keer maximaal gerecycled worden. hans / pixabay, CC BY

Overweeg recycleerbaarheid. Er zijn maar weinig traditionele polymeren echt recyclebaar. Deze materialen worden eigenlijk vaak downcycled, wat betekent dat ze alleen geschikt zijn voor toepassingen met een lage waarde, zoals bouwmaterialen. Dankzij de tools van genetische en enzymtechnologie, echter, eigenschappen zoals volledige recycleerbaarheid - waarmee het materiaal herhaaldelijk kan worden gebruikt voor dezelfde toepassing - kan vanaf het begin worden ontworpen in bio-polymeren.

Bio-polymeren vandaag zijn grotendeels gebaseerd op natuurlijke fermentatieproducten van bepaalde soorten bacteriën, zoals de productie door Lactobacillus van melkzuur - hetzelfde product dat de zuurheid van zure bieren oplevert. Hoewel deze een goede eerste stap vormen, suggereert opkomend onderzoek dat de ware veelzijdigheid van bio-polymeren de komende jaren zal worden losgelaten. Dankzij de modern vermogen om eiwitten te manipuleren en DNA aan te passen, is nu een aangepast ontwerp van bio-polymeerprecursoren binnen handbereik. Hiermee wordt een wereld van nieuwe polymeren mogelijk - materialen waarin het huidige COâ zich in een nuttigere, waardevollere vorm zal bevinden.

Vliegtuigen worden ook van polymeren gemaakt - biopolymeren zijn de volgende stap. Eric Salard / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Om deze droom te realiseren, is meer onderzoek nodig. Terwijl vroege voorbeelden hier vandaag zijn - zoals het gedeeltelijk bio-gebaseerde Coca-Cola PlantBottle - de bioengineering die vereist is om veel van de meest veelbelovende nieuwe biopolymeren te bereiken, bevindt zich nog in de onderzoeksfase - zoals een alternatief voor koolstofvezel die in alles kan worden gebruikt, van fietsen tot windturbinebladen.

Overheidsbeleid ter ondersteuning van koolstofsekwestratie zou ook de acceptatie bevorderen. Met dit soort ondersteuning is een significant gebruik van biopolymeren als koolstofopslag mogelijk zodra de volgende vijf jaar - een tijdlijn met het potentieel om een ​​belangrijke bijdrage te leveren aan het helpen oplossen van de klimaatcrisis.

Joseph Rollin, postdoctoraal onderzoeker in bio-energie, Nationaal Hernieuwbare Energie Laboratorium en Jenna E. Gallegos, postdoctoraal onderzoeker in chemische en biologische technologie, Colorado State University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.