Как пластмасата може изненадващо да помогне за борбата с изменението на климата

Какво общо имат колата, телефонът, содата и обувките? Всички те са до голяма степен направени от нефт. Този невъзобновяем ресурс се преработва в универсален набор от химикали, наречени полимери - или по-често - пластмаси. Над 5 милиарда галона петрол всяка година се превръщат само в пластмаси.

Полимерите стоят зад много важни изобретения от последните няколко десетилетия, като 3D печат. Така наречените "инженерни пластмаси", използвани в приложения, вариращи от автомобилостроенето до строителството, до мебелите, имат превъзходни свойства и дори могат да помогнат за решаването на екологични проблеми. Например, благодарение на инженерните пластмаси, превозните средства сега са по-леки, така че получават по-добър разход на гориво. Но тъй като броят на употребите нараства, нараства и търсенето на пластмаси. Светът вече произвежда над 300 милиона тона пластмаса всяка година. Броят може да бъде шест пъти по-голям от 2050 г.

Петропластиката не е в основата си толкова лоша, но те са пропусната възможност. За щастие има алтернатива. Преминаването от полимери на петролна основа към полимери, които са биологично базирани, може да намали въглеродните емисии със стотици милиони тона всяка година. Полимерите на биологична основа са не само възобновяеми и по-екологосъобразни за производство, но всъщност могат да имат нетен благоприятен ефект върху изменението на климата, като действат като поглътители на въглерод. Но не всички био-полимери се създават еднакви.

Разградими биополимери

Може би преди сте се срещали с „биопластмаси“, като специално приспособления за еднократна употреба - тези пластмаси се получават от растения вместо от масло. Такива биополимери се получават чрез хранене на захари, най-често от захарна тръстика, захарно цвекло или царевица, към микроорганизми, които произвеждат прекурсорни молекули, които могат да бъдат пречистени и химически свързани заедно, за да образуват полимери с различни свойства.

Пластмасите, извлечени от растенията, са по-добри за околната среда по две причини. Първо, има драматично намаляване на енергията, необходима за производството на пластмаси на растителна основа - с цели 80%. Докато всеки тон пластмаса, извлечена от петрол, генерира два до три тона CO₂, това може да се намали до около 0,5 тона CO₂ на тон биополимер, а процесите се подобряват.

Второ, пластмасите на растителна основа могат да бъдат биоразградими, така че не се натрупват в депата.

Въпреки че е страхотно за еднократна употреба като пластмасови вилици за биоразграждане, понякога е важно по-дълъг живот - вероятно няма да искате таблото на колата да се превърне в купчина гъби с течение на времето. Много други приложения изискват същия тип устойчивост, като строителни материали, медицински изделия и домакински уреди. Биоразградимите биополимери също не могат да се рециклират, което означава, че трябва да се отглеждат и преработват непрекъснато повече растения, за да се отговори на търсенето.

Био-полимери за съхранение на въглерод

Пластмасите, независимо от източника, са основно направени от въглерод - около 80 процента от теглото. Докато пластмасите, извличани от петрол, не освобождават CO way по същия начин, по който горят изкопаемите горива, те също не помагат да се изолира някой от излишъка на този газообразен замърсител - въглеродът от течното масло просто се превръща в твърда пластмаса.

Биополимерите, от друга страна, са получени от растения, които използват фотосинтеза за превръщане на CO,, вода и слънчева светлина в захари. Когато тези захарни молекули се преобразуват в биополимери, въглеродът ефективно се заключва далеч от атмосферата, стига да не са биоразградени или изгорени. Дори ако биополимерите се окажат в депо, те ще продължат да обслужват тази роля на въглерод.

CO₂ е само около 28% тегловни въглерод, така че полимерите представляват огромен резервоар, в който да се съхранява този парников газ. Ако сегашното световно годишно снабдяване с около 300 милиона тона полимери е било не биоразградимо и био-основано, това би означавало хигатон - един милиард тона - изолиран СО2, около 2,8% от сегашните глобални емисии. В неотдавнашен доклад Междуправителственият панел по изменение на климата очертава улавянето, съхраняването и повторното използване на въглерода като ключова стратегия за смекчаване на изменението на климата; Полимерите на биологична основа биха могли да имат ключов принос, до 20% от отстраняването на CO₂, необходимо за ограничаване на глобалното затопляне до 1,5 градуса по Целзий.

Неразградим биополимерния пазар

Сегашните стратегии за улавяне на въглерода, включително съхранението в геоложки обекти, които изпомпват подземното или регенеративното селско стопанство на CO more, което съхранява повече въглерод в почвата, се облягат силно върху политиката, за да предизвикат желаните резултати.

Макар че това са критични механизми за смекчаване на изменението на климата, поглъщането на въглерод под формата на биополимери има потенциал да впрегне друг водач: пари.

Конкуренцията, основана единствено на цената, е предизвикателство за биополимерите, но ранните успехи показват пътя към по-голямо проникване. Един вълнуващ аспект е възможността за достъп до нови химикали, които понастоящем не се намират в полимери, получени от петрол.

Помислете за възможността за рециклиране. Малко са традиционните полимери, които могат да се рециклират. Тези материали всъщност най-често са преработени надолу, което означава, че те са подходящи само за приложения с ниска стойност, като например строителни материали. Благодарение на инструментите на генетичното и ензимното инженерство, свойства като пълна рециклируемост - което позволява материалът да се използва многократно за едно и също приложение - може да бъде проектиран в биополимери от самото начало.

Биополимерите днес се основават до голяма степен на естествените ферментационни продукти на някои видове бактерии, като производството на Lactobacillus на млечна киселина - същия продукт, който осигурява киселинността на киселата бира. Макар че те представляват добра първа стъпка, нововъзникващите изследвания показват, че истинската гъвкавост на биополимерите ще се разгърне през следващите години. Благодарение на модерната способност за проектиране на протеини и модифициране на ДНК, понастоящем се достига по поръчка на био-полимерни прекурсори. С него стана възможно създаването на свят на нови полимери - материали, в които днешният CO₂ ще се намира в по-полезна, по-ценна форма.

За да се реализира тази мечта, са необходими повече изследвания. Макар че днес тук са налице примери като частично био-базирана Coca-Cola PlantBottle - биоинженерството, необходимо за постигането на много от най-обещаващите нови биополимери, е все още на етап проучване - като алтернатива на въглеродните влакна, която може да се използва във всичко - от велосипеди до вятърни турбини.

Правителствените политики в подкрепа на улавянето на въглеродни емисии също биха спомогнали за насърчаване на приемането. С този вид подкрепа значителното използване на биополимери за съхранение на въглерод е възможно още през следващите пет години - времева рамка с потенциал да допринесе значително за разрешаването на кризата в климата.

Тази статия първоначално е била публикувана на разговора на Джоузеф Ролин и Джена Е. Галъгос. Прочетете оригиналната статия тук.