Более 99 процентов сегодняшних пластмасс поступает из нефти, но новые варианты на основе биодоступности становятся доступными. Иконки по векторам рынка, Freepik и srip, CC BY

Что общего у вашей машины, телефона, бутылки соды и обуви? Все они в основном сделаны из нефти. Этот невозобновляемый ресурс обрабатывается в универсальный набор химических веществ, называемых полимерами, или, чаще всего, из пластмасс. Над 5 миллиард галлонов нефти каждый год превращаются только в пластмассы.

Полимеры стоят за многими важными изобретениями за последние несколько десятилетий, например 3D печать, Так называемые «инженерные пластмассы», используемые в приложениях от автомобильной промышленности до строительства до мебели, обладают превосходными свойствами и могут даже помочь решить экологические проблемы. Например, благодаря инженерным пластикам, автомобили теперь легче, поэтому они получают лучший расход топлива. Но по мере роста числа применений, так и спрос на пластмассы, Мир уже производит более 300 миллионов тонн пластика каждый год. Число может быть в шесть раз больше, чем 2050.

Петро-пластики не являются принципиально плохими, но это упущенная возможность. К счастью, есть альтернатива. Переключение с нефтяных полимеров на полимеры, которые основаны на биологическом отношении, может ежегодно уменьшать выбросы углекислого газа на сотни миллионов тонн. Биополимеры являются не только возобновляемыми и более экологически чистыми для производства, но они могут действительно иметь полезный эффект на изменение климата, действуя как поглотитель углерода. Но не все биополимеры созданы равными.

Биопластики не зависят от добычи нефти, поскольку они получают углерод из CO? уже в атмосфере. QiuJu Song / Shutterstock.com

Разлагаемые биополимеры

Возможно, вы столкнулись с "биопластика«Прежде, как одноразовая посуда в частности - эти пластмассы производятся из растений вместо масла. Такие биополимеры получают путем подачи сахаров, чаще всего из сахарного тростника, сахарной свеклы или кукурузы, в микроорганизмы, которые продуцируют молекулы-предшественники, которые могут быть очищены и химически связаны друг с другом с образованием полимеров с различными свойствами.

Пластиковые пластмассы лучше подходят для окружающей среды по двум причинам. Во-первых, происходит резкое сокращение энергии, необходимой для производства пластмасс на основе растений - на столько же, сколько 80 процентов. Хотя каждая тонна пластика, полученного из нефти, генерирует от 2 до 3 тонн CO?, это количество можно уменьшить примерно до 0.5 тонн CO? на тонну биополимера, и процессы становятся только лучше.

Во-вторых, растительные пластики могут быть биоразлагаемыми, поэтому они не накапливаются на свалках.

В то время как это удобно для одноразовых предметов, таких как пластмассовые вилки для биодеградации, иногда более длительный срок службы - вам, вероятно, не хотелось бы, чтобы приборная панель вашего автомобиля медленно превращалась в кучу грибов с течением времени. Многие другие приложения требуют такой же устойчивости, как строительные материалы, медицинские устройства и бытовая техника. Биодеградируемые биополимеры также не подлежат вторичной переработке, что означает, что все больше растений нужно выращивать и обрабатывать непрерывно, чтобы удовлетворить спрос.

Биополимеры в качестве хранилища углерода

Пластмассы, независимо от источника, в основном состоят из углерода – около 80 процентов по массе. Хотя пластмассы, полученные из нефти, не выделяют CO? точно так же, как сжигание ископаемого топлива, они также не помогают изолировать излишки этого газообразного загрязнителя – углерод из жидкой нефти просто превращается в твердый пластик.

С другой стороны, биополимеры являются производные от растений, которые используют фотосинтез для преобразования CO?, воды и солнечного света в сахара. Когда эти молекулы сахара превращаются в биополимеры, углерод эффективно заперт из атмосферы - до тех пор, пока они не подвергаются биодеградации или сжиганию. Даже если биополимеры окажутся на свалке, они все равно будут выполнять эту функцию хранения углерода.

СО? содержит всего около 28 процентов углерода по весуТаким образом, полимеры представляют собой огромный резервуар для хранения этого парникового газа. Если бы нынешние мировые ежегодные поставки около 300 миллионов тонн полимеров были небиоразлагаемыми и био-основными, это равнялось бы гигатонне — миллиарду тонн — секвестрированного CO?, около 2.8 процента текущие глобальные выбросы. В Недавний докладМежправительственная группа экспертов по изменению климата определила улавливание, хранение и повторное использование углерода как ключевую стратегию смягчения последствий изменения климата; полимеры на биологической основе могут внести ключевой вклад, до 20 процентов выбросов CO? удаление необходимо, чтобы ограничить глобальное потепление 1.5 градусами Цельсия.

Неразлагаемый рынок биополимеров

Текущие стратегии секвестрации углерода, включая геологическое хранение который качает CO? вытяжка под землей или восстановительное сельское хозяйство который хранит больше углерода в почве, сильно опирается на политику, чтобы добиться желаемых результатов.

Хотя это важнейшие механизмы смягчения последствий изменения климата, секвестрация углерода в виде биополимеров может использовать другой драйвер: деньги.

Конкуренция, основанная только на цене, была сложной задачей для биополимеров, но ранние успехи показать путь к большему проникновению. Одним из захватывающих аспектов является возможность доступа к новым химическим веществам, которые в настоящее время не найдены в нефтяных полимерах.

Петропластиковые бутылки можно перерабатывать только раз в пару раз. Ханса / pixabay, CC BY

Рассмотрите возможность повторной утилизации, Немногие традиционные полимеры по-настоящему перерабатываемый, Эти материалы на самом деле чаще всего сокращаются, что означает, что они подходят только для малоценных приложений, таких как строительные материалы. Однако благодаря инструментам генетической и ферментной инженерии такие свойства, как полная рециркуляция - который позволяет использовать материал повторно для одного и того же применения - с самого начала можно конструировать в биополимеры.

Биополимеры сегодня основаны главным образом на натуральных продуктах ферментации некоторых видов бактерий, таких как продукция Lactobacillus молочной кислоты - того же продукта, который обеспечивает терпкость в кислых пивах. Хотя они представляют собой хороший первый шаг, новые исследования показывают, что истинная универсальность биополимеров должна быть развязана в ближайшие годы. Благодаря современная способность инженерить белки и модифицировать ДНК, индивидуальный дизайн предшественников биополимеров теперь доступен. Благодаря этому становится возможным появление новых полимеров – материалов, в которых современный CO? будет существовать в более полезной и более ценной форме.

Планы также начинаются с полимеров, а следующие - биополимеры. Эрик Салард / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Чтобы реализовать эту мечту, необходимы дополнительные исследования. Хотя ранние примеры здесь сегодня - как частично био-основанный Coca-Cola PlantBottle - биоинженерия, необходимая для достижения многих из наиболее перспективных новых биополимеров, все еще находится на стадии исследования - как возобновляемая альтернатива углеродному волокну которые могут использоваться во всем: от велосипедов до лопастей ветряных турбин.

Правительственная политика, связанная с улавливанием углерода, также будет способствовать принятию решений. При такой поддержке на месте значительное использование биополимеров в качестве хранилища углерода возможно только в ближайшие пять лет - график, который может внести значительный вклад в помощь решению климатического кризиса.

Об авторах

Джозеф Роллин, почетный научный сотрудник в области биоэнергетики, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии и Дженна Э. Гальегос, аспирант по химической и биологической инженерии, Университет штата Колорадо

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon