Die soektog is op vir volhoubare plastiek

Soos petroleum-gebaseerde polimeer troebel maak ons ​​oseane en rommel ons lewens, navorsers soek meer omgewingsvriendelike maniere om die vraag na duursame, veelsydige materiaal voldoen. Flickr: Foto deur Bo Eide (Flickr / Creative Commons) 

Julie 29, 2015 - Die lot van die wêreld se oseane kan in 'n vlekvrye staaltenk rus, nie die grootte van 'n klein bierkruik nie. Binnekant verander geneties gemodifiseerde bakterieë siroopstroop in 'n versamel massa polimere wat gebruik kan word om 'n wye verskeidenheid algemene plastieke te produseer.

"Dit is 'n bietjie soos om jogurt te maak," sê Oliver Peoples, hoof wetenskaplike beampte van Metabolix, Inc.

Die Cambridge, Massachusetts-gebaseerde maatskappy waar bioplastics vorm aanneem in laboratorium-skaal fermentasie kamers is een van 'n groeiende aantal van besighede en instellings werk om koste-mededingend, meer omgewingsvriendelike plaasvervangers vir konvensionele plastiek, wat gemaak word van fossielbrandstowwe te ontwikkel, misluk ontbind en draai ons oseane in die see van drywende plastiek.

"Ons het hierdie groot toename in produksie in plastiek gesien, wat ook 'n toename in die afvalstroom tot gevolg het," sê Jenna Jambeck, 'n lid van die omgewing ingenieurswese fakulteit aan die Universiteit van Georgia. "In teenstelling met materiaal wat biodegradeer, het plastiek al hierdie probleme. Dit reis maklik in waterweë, dit fisiese fragmente in kleiner stukke wat uiters moeilik of onmoontlik is om te versamel, en dit absorbeer chemiese kontaminante wat reeds in die omgewing is. "


innerself teken grafiese in


Sommige 4.8 miljoen tot 12.7 miljoen metrieke ton (5.3 miljoen tot 14 miljoen ton) plastiek, of tot 4 persent van die ongeveer 300 miljoen ton (330 miljoen ton) plastiek wat elke jaar vervaardig word, het die see as vullis in 2010 ingevoer. Die syfer sal na verwagting in die volgende dekade 10-vou verhoog, aangesien meer plastiek geproduseer word en daarna afvalbestuurs- en herwinningspogings ontduik, volgens 'n studie van Jambeck en kollegas wat vroeër vanjaar gepubliseer is in die joernaal Wetenskap.

Watter effek het hierdie plastiek op lewende dinge, insluitend mense, bly onduidelik. 'N aantal onlangse studies toon dat chemikalieë in klein stukkies plastiek, en selfs die plastiek stukkies self, kan ophoop in voëls, vis en ander mariene lewe. Laboratoriumtoetse het getoon dat die chemikalieë wat uit hulle bestaan, nadelige gevolge vir die gesondheid kan veroorsaak, insluitende lewerskade en endokriene ontwrigting deur veranderde gene uitdrukking. Of soortgelyke effekte buite die laboratorium voorkom of dat hulle die voedselketting uitbrei na mense wat mariene organismes eet, bly onbekend, maar albei lyk heeltemal waarskynlik.

En dis nie al nie. Plastics is berug in die departement kweekhuisgas as well. Sowat 8 persent van die petroleum wêreldwyd gebruik elke jaar gaan plastiek direk of om die plastiek vervaardigingsprosesse krag bekragtig word volgens 'n onlangse verslag deur die Worldwatch Institute.

"Al voel mense dat hulle graag minder plastiek wil gebruik, eerder as meer, is die feit dat plastiek moderne materiale is wat motors ligter maak, water suiwer en 'n groot voordeel vir gesondheids- en sekuriteitstoepassings bied." - Marc Hillmyer Hoekom nie verminder net ons gebruik? Vir een ding, plastiek is ongelooflik veelsydig, voldoen aan 'n verskeidenheid van behoeftes vir buigsaamheid, koste en ander parameters wat vervangende materiaal sal moeilik gestel word om te pas. Nie net daardie, maar plaasvervangende materiale bied hul eie nadelige omgewings-, sosiale en gesondheidsimpakte voor nie.

"Selfs al is mense voel hulle wil minder plastiek eerder as meer om te gebruik, die feit van die saak is dat plastiek is moderne materiale waaruit motors ligter, suiwer die water en voeg geweldige voordeel vir die gesondheid en veiligheid programme," sê Marc Hillmyer, direkteur van die Sentrum vir Volhoubare Polimere by die Universiteit van Minnesota in Minneapolis.

Met ander woorde, daar is soliede redes vir volhoubare alternatiewe vir konvensionele plastiek - naamlik plastiek op plant. Sulke sogenaamde bioplaste kan afbreek, wat die risiko dramaties verminder dat hulle land of see sal besoedel. Hulle verminder ook ons ​​afhanklikheid van fossielbrandstowwe brandstof, wat die koolstofvoetspoor van plastiek verminder. Kweekhuisgasvrystellings wat verband hou met bioplaste is 26 persent laer as dié wat met konvensionele plastiek geassosieer word, volgens 'n onlangse lewensiklus-analise van koringgebaseerde en petroleumgebaseerde plastiek deur navorsers aan die Michigan State University.

opkomende Alternatiewe

Om nie-petroleumgebaseerde, ontbindbare alternatiewe vir vandag se plastiek te vind, is egter nie maklik nie. Plastiek gemaak van koring, suikerriet of ander plantgebaseerde materiaal is nie noodwendig afbreekbaar nie, en om agteruitgang te voorkom wanneer jy dit wil hê, kan dit moeilik wees.

"Jy wil nie jou plastieksak om verneder terwyl jy dit gebruik," sê Hillmyer. "Aan die ander kant wil jy dit te vinnig verneder toe in 'n ander omgewing te plaas."

Terwyl aptekers probleme gehad het herformulering petroleum-gebaseerde plastiek sodat hulle kan verneder, 'n aantal van bio-gebaseerde, degradeable alternatiewe opkomende.

Ten spyte van hierdie en ander onlangse suksesse, bly bioplastics 'n klein fraksie van die bedryf as geheel. Natureworks, 'n onderneming in Minnetonka, Minnesota, is een van die wêreld se voorste vervaardigers van bioplastics. Die maatskappy maak poli-melksuur, of PLA, 'n biologies afbreekbare plastiek wat dit uit mieliestysel verkry en maak 'n wye verskeidenheid verbruikersprodukte - insluitend bestek, bekers en verpakking vir eenmalige gebruik - wat aan die einde van hul gebruiksduur ontbind. Die maatskappy se aanvanklike produksiefasiliteit in Blair, Nebraska, het in 2002 aanlyn gekom en kan 140,000 150,000 ton (XNUMX XNUMX ton) PLA per jaar produseer. Die maatskappy het onlangs planne aangekondig om 'n tweede aanleg in Suidoos-Asië te open wat suikerriet as voedingsmiddel sal gebruik.

Nog 'n toonaangewende vervaardiger van bioplastic is die Coca-Cola Company, wat in 2009 geloods PlantBottle, 'n drankie bottel gemaak van polyethyleentereftalaat -PET - wat tot bevat om 30 persent biobased materiaal. Die bottels is nie afbreekbaar maar, in teenstelling met die meeste biobased plastiek, herwin kan word saam met konvensionele PET, 'n algemeen herwinde plastiek. Sedert 2009 die maatskappy 35 miljard van sy oorspronklike PlantBottles opgelewer het. In Junie 2015 onthul die maatskappy 'n nuwe weergawe wat 100 persent biobased.

Ten spyte van hierdie en ander onlangse suksesse bly bioplaste 'n klein fraksie van die bedryf as 'n geheel. Die materiaal is goed geskik vir eenmalige produkte soos lepels en bottels waar verbruikers bereid is om 'n premie vir meer volhoubare produkte te betaal. Hoë duursaamheid, minder sigbare toepassings - byvoorbeeld, PVC-pype wat algemeen in huishoudelike en kommersiële loodgieterswerk gebruik word, word steeds heeltemal vervaardig van konvensionele plastiek. In totaal, minder as 0.5 persent van alle plastiek kom van nie-petroleum bronne, volgens die Society of the Plastics Industry, 'n bedryfshandelsgroep in Washington, DC

Regering regulasie egter lei tot die toename in die gebruik van biokunststoffen. In 2014 Illinois verban microbeads, klein plastiek skuur wat algemeen gebruik word in die gesig scrubs, sjampoe en tandepasta, as gevolg van kommer oor die agteruitgang van die omgewing in die Groot Mere. Op minder as een millimeter in deursnee, microbeads is te klein om gefiltreer word deur riool behandeling stelsels en is gevind in beide varswater en mariene omgewings.

organiese plastiek 8 7Verbruikersgoedere wat gemaak kan word uit bioafbreekbaar PHA sluit sakke, eetgerei en elektriese kabel baadjies. Foto met vergunning van Metabolix.

Met 'n federale verbod op mikrobeëls verwag, het Metabolix in Maart met Honeywell saamgewerk om 'n biologisch afbreekbare alternatief vir mikrobolletjies te produseer. Die mikrobolletjies wat die twee maatskappye ontwikkel, is gemaak van Polyhydroxyalkanoates, of PHA, 'n bio-gebaseerde plastiek wat duurder is, maar ook meer veelsydig as PLA. Die mikrobolletjies wat die twee maatskappye ontwikkel, word gemaak deur maisstysel te fermenteer, hoewel hulle ook van nie-voedselgewasse soos switchgrass gemaak kan word. PHA mikrobolletjies sal in 'n kwessie van maande in koolstofdioksied en water afbreek teen dieselfde koers as sellulose of papier, sê mense.

Rondom die onderkant

As ons ons afhanklikheid verhoog op plastiek afkomstig van gewasse soos koring of suikerriet, kan ons per ongeluk stel nuwe omgewing betref. In 'n onlangse studie in die joernaal Skoner produksie opgemerk bioplastics gegroei van landbou grondstoffen gebruik beduidende hoeveelhede water, plaagdoders en kunsmis wat lugbesoedeling en waterbesoedeling kan veroorsaak en vir grond kan meeding met gewasse wat vir kos gegroei word.

Een moontlike manier om te kry rondom die down kante van plant-gebaseerde plastiek terwyl hy nog die vermindering van afhanklikheid van petroleum is om CO gebruik2 as 'n grondstof in plaas. Novomer, 'n maatskappy gespin uit navorsing by die Cornell Universiteit in Ithaca, New York, draai afval CO2 van etanol produksie plante in plastiek. Die maatskappy maak polimere - polimere wat gebruik word om buigsame skuim in matrasse, sitplek kussings en isolasie te maak, asook 'n verskeidenheid spesialisbedekkings en seëlmiddels.

"As u matras met ons materiaal gemaak is, sal dit ongeveer 22 persentasie koolstofdioksied wees," sê Peter Shepard, Novomer se uitvoerende vise-president van polimere. "Dit neem 'n kweekhuisgas wat afvalmateriaal is en maak dit 'n waardevolle produk. "

tipies CO2 te inerte te reageer met ander verbindings, maak die gebruik daarvan in plastiek of ander programme moeilik. Geoffrey Coates, 'n chemie-professor by Cornell Universiteit in Ithaca en 'n mede-stigter van Novomer, ontwikkel 'n katalisator wat die reaktiwiteit van CO verhoog2 terwyl die reaktiwiteit van 'n ander belangrike poliol bestanddeel gelyktydig verlangsaam word - dit maak dit makliker om CO te inkorporeer2 in die resulterende polimeer.

"Dit is asof jy kinders het, en jy gee hulle pizza en broccoli en jy vertel hulle elke keer as jy 'n bietjie pizza eet, moet jy 'n hap broccoli eet," sê Coates, wat ook 'n lid van die Sentrum vir Volhoubare Polimere is. .

Die grootste uitdaging vir bioplastics is dat hulle meeding teen konvensionele plastiek, ongelooflik goedkoop materiaal wat reeds geslyp vir die afgelope 60 jaar, Scheer says.The Poly Olen deur Novomer is afbreekbaar maar verloor hul afbreekbaarheid wanneer dit gekombineer met petroleum-gebaseerde chemikalieë te maak skuim.

Hoewel die maatskappy tans gefokus op die maak van skuim en sealant, Shepard sê Novomer se mede2gebaseerde polimere kan gebruik word om afbreekbare plastiek te maak met 'n CO2 inhoud so hoog as 50 persentasie.

grootste uitdaging

Ten spyte van sterk groei in die afgelope jaar, sommige sê bioplastics het nie geleef om hul potensiaal te ontwikkel.

"Die bioplastics bedryf het nie in staat was om polimere wat genoeg aantreklik is in terme van pryse en in terme van eienskappe wat die wêreld bereid is om te verander sal skep," sê Frederick Scheer, die voormalige hoof uitvoerende beampte van Cereplast, 'n eens voorste bioplastics maatskappy wat verklaar bankrotskap in 2014.

Die grootste uitdaging vir bioplaste is dat hulle meeding teen konvensionele plastiek, ongelooflik goedkoop materiaal wat vir die afgelope 60-jare geslyp is, sê Scheer.

"Mense is ietwat bewus van die omgewingsimpak van olie-gebaseerde materiale wat nie biodegradeer nie, maar hulle is nie bereid om die ekstra dollars te spandeer om [nuwe] soorte materiaal te druk nie," sê hy.

Mededinging met petroleumgebaseerde plastiek het die afgelope jaar net toegeneem namate die prys van olie in die helfte gedaal het. "Om mededingend te wees met tradisionele olie-gebaseerde materiaal, het ons nodig om die prys van olie êrens rondom $ 130, $ 140 per vat te wees," sê Scheer. "Dit is duidelik dat by $ 50 'n vat ons ver weg is om mee te ding."

Scheer sê die vermoë om al die wêreld se plastiek van nie-petroleumbronne te maak, bestaan ​​egter, maar dit sal aansienlike staatssteun vereis. "Dit sal deur regulasie gedryf word wat die koste van plastiek en koste van olie sal dwing om aansienlik hoër te wees as wat dit nou is," sê hy.

Poliëtileen Concurrent?

As volhoubare plastiek wat ons afhanklikheid van fossielbrandstowwe en afbreking aan die einde van hul nuttige lewensduur verlaag, gaan dit hoofsaaklik wees. Hulle moet ook nie net vir mikrobe-, skuim- en ander spesialistoepassings kan deel nie, maar ook vir termoplaste - laag -koste, vormbare polimere wat meer as 80 persentasie van die honderde miljoene ton plastiek wat elke jaar vervaardig word, uitmaak.

Coates werk nou aan 'n nuwe biopolymeer met eienskappe wat vergelykbaar is met of miskien beter as poliëtileen. Die mees geproduseerde termoplastiek word gebruik om alles van vullis sakke na waterbottels te maak vir plastiek speelgoed.

Selfs 'n dun lagie poliëtileen is ongelooflik sterk, wat byvoorbeeld poskappe maak wat byna onmoontlik is om oop te maak sonder 'n skêr of melkkanne wat nie breek wanneer dit op die vloer val nie. "Die meeste daarvan is omdat dit 'n halfkristalliese materiaal is," sê Coates. "Die [polimeer] kettings pak mekaar in 'n baie streng en spesifieke manier wat oor die algemeen mooi indrukwekkende eienskappe gee."

in 'n 2014 studie gepubliseer in die Tydskrif van die Amerikaanse Chemiese Vereniging, Coates en kollegas van Cornell het 'n nuwe materiaal beskryf met 'n semikristalliese struktuur wat uit 'n suikervoedingsstof vervaardig is en eienskappe soortgelyk aan poliëtileen het, maar dit kan beter afbreek aan die einde van die nuttige lewensduur.

"Dit gebeur nie oornag nie, maar ek dink daar is sekere positiewe [aanduidings dat dit 'n ware mededinger kan wees vir 'n plastiek soos poliëtileen, '' sê Hillmyer.

Die nuwe materiaal, bekend as poly (polypropyleensuccinaat), is nie getoets om te sien hoe vinnig dit in 'n storting of mariene omgewing sal ontbind nie. Maar op grond van die samestelling, sê Coates, moet dit na 'n paar maande in water begin afbreek, 'n tydperk wat die gebruiksduur van meeste enkelverbruiksprodukte oorskry. Poli (polipropileensuksinaat) breek af in propileenglikol en rapsuur, nie-toksiese materiale wat verder verminder word tot CO2 en water wanneer ingeneem deur mikrobes.

"As jy polimeer afbrekingsprodukte moes eet, sou dit diegene wees wat jy wil hê," sê Coates.

Dit is onwaarskynlik dat poli (polipropileen suksinaat) ooit sal kos minder op 'n pond-vir-pond basis as konvensionele poliëtileen, maar sy unieke kristalstruktuur stel dit beter as sy petroleum eweknie kon verrig. As dit so is, kan bioplastics vervaardigers eendag in staat wees met vandag se plastiek bedryf te kompeteer deur dinge soos melkbekers met aansienlik minder materiaal as petroleum-gebaseerde plastiek.

Uphill Battle

Kort van vee regering regulasies wat 'n prys op koolstof plaas of vereis dat alle plastiek om afbraak, sal bioplastics moet maniere om konvensionele plastiek ongewild as hulle ooit gaan meer vul as nis aansoeke vind.

Dit is 'n opdraande stryd - maar 'n mens wat 'n ander keer-nis produk, die sonpaneel, is al hoe meer wen.

In 2007 het sonkrag minder as 0.1 persentasie van die Amerikaanse kragopwekking gemaak. Danksy vindingrykheid en innovering het die prys van fotovoltaïese modules gedaal van US $ 4 per watt na US $ 0.50 per watt, wat son die snelste groeiende bron van elektrisiteit in die land maak.

Kan diegene wat op bioplastics sien 'n soortgelyke see verander? Uiteindelik sal 'n baie waarskynlik ry nie net af van hoe goed hul produkte af te breek, maar op hoeveel hulle af mededingende voordeel konvensionele plastiek se kan breek.Sien Ensia tuisblad

Oor Die Skrywer

Mckenna PhilPhil McKenna is 'n vryskutskrywer wat belangstel in die konvergensie van fassinerende individue en interessante idees. Hy skryf hoofsaaklik oor energie en die omgewing, met die fokus op die individue agter die nuus. Sy werk verskyn in Die New York Times, Smithsonian, bedraad, Audubon, New Scientist, Technology Review, MATTER en NOVA, waar hy 'n bydraende redakteur is.

Hierdie artikel het oorspronklik verskyn op Ensia

Verwante Book:

at

breek

Dankie vir die besoek InnerSelf.com, waar daar is 20,000 + lewensveranderende artikels wat "Nuwe houdings en nuwe moontlikhede" bevorder. Alle artikels word vertaal in 30+ tale. Teken In aan InnerSelf Magazine, wat weekliks gepubliseer word, en Marie T Russell se Daily Inspiration. InnerSelf Magazine is sedert 1985 gepubliseer.