Mivel a kőolaj-alapú polimerek szennyezik óceánjainkat és szemetelik életünket, a kutatók környezetbarátabb módszereket keresnek a tartós, sokoldalú anyagok iránti kereslet kielégítésére. Flickr: Fotó: Bo Eide (Flickr/Creative Commons) 

29. július 2015. - A világ óceánjainak sorsa egy rozsdamentes acéltartályban nyugszik, nem akkora, mint egy kis söröshordó. Belül a géntechnológiával módosított baktériumok a kukoricaszirupot polimerek kavargó tömegévé alakítják, amelyek felhasználhatók a közönséges műanyagok széles skálájának előállítására.

„Ez egy kicsit olyan, mint a joghurt készítése” - mondja Oliver Peoples, a Metabolix, Inc. tudományos főmunkatársa.

A Cambridge-i, Massachusetts-i székhelyű vállalat, ahol a bioműanyagok laboratóriumi méretű fermentációs kamrákban öltenek testet, egyike azon növekvő számú vállalkozásoknak és intézményeknek, amelyek a fosszilis tüzelőanyagokból készült hagyományos műanyagok helyett költséghatékony, környezetbarátabb helyettesítői kifejlesztésén dolgoznak. lebomlanak, és óceánjainkat lebegő műanyag tengerekké változtatják.

„Láttuk ezt a hatalmas műanyagtermelés -növekedést, amely a hulladékáram növekedését is eredményezi” - mondja Jenna Jambeck, a Georgia Egyetem környezetmérnöki karának tagja. „A biológiailag lebomló anyagokkal ellentétben a műanyagnak mindezek a problémái. Könnyen bejut a vízi utakba, fizikailag kisebb darabokra töredezik, amelyeket rendkívül nehéz vagy lehetetlen összegyűjteni, és [hajlamos] felvenni a környezetben már meglévő kémiai szennyeződéseket. ”

4.8 -ben mintegy 12.7–5.3 millió tonna (14–4 millió tonna) műanyag, vagy az évente előállított körülbelül 300 millió tonna (330 millió tonna) műanyag legfeljebb 2010 százaléka került óceánba. Jambeck és munkatársai szerint ez a szám várhatóan tízszeresére nő a következő évtizedben, mivel több műanyagot termelnek, és ezután kerülik el a hulladékkezelési és újrafeldolgozási erőfeszítéseket. ez év elején jelent meg a folyóiratban Tudomány.

Milyen hatással van ez a műanyag az élőlényekre, beleértve az embereket is, tisztázatlan marad. Számos friss tanulmány kimutatta, hogy a kis műanyagdarabokban lévő vegyi anyagok, sőt maguk a műanyag darabok is felhalmozódhatnak a madarakban, halakban és más tengeri élőlényekben. A laboratóriumi vizsgálatok kimutatták, hogy az ezeket tartalmazó vegyi anyagok káros egészségügyi hatásokat okozhatnak, beleértve a májkárosodást és endokrin zavarok megváltozott génexpresszió révén. Az, hogy hasonló hatások jelentkeznek -e a laboratóriumon kívül, vagy kiterjesztik -e a táplálékláncot a tengeri élőlényeket fogyasztó emberekre, továbbra sem ismeretes, de mindkettő teljesen hihetőnek tűnik.

És ez még nem minden. A műanyagok az üvegházhatású gázok osztályán is hírhedtek. A világon évente felhasznált kőolaj nagyjából 8 százaléka kerül műanyag közvetlen előállítására vagy a műanyag gyártási folyamatok működtetésére. a Worldwatch Institute friss jelentése.

„Annak ellenére, hogy az emberek úgy érzik, hogy kevesebb műanyagot szeretnének használni, mint többet, a helyzet az, hogy a műanyagok modern anyagok, amelyek megkönnyítik az autókat, tisztítják a vizet, és óriási előnyökkel járnak az egészségügyi és biztonsági alkalmazásokhoz.” - Marc Hillmyer Miért nem csökkenti a használatunkat? Egyrészt a műanyagok hihetetlenül sokoldalúak, kielégítik a rugalmasság, a költségek és egyéb paraméterek iránti igényeket, amelyekkel a helyettesítő anyagokat nehéz lenne összeegyeztetni. Nem csak ez, hanem a helyettesítő anyagok is káros környezeti, társadalmi és egészségügyi hatásukat mutatják.

„Annak ellenére, hogy az emberek úgy érzik, hogy kevesebb műanyagot szeretnének használni, mint többet, a tény az, hogy a műanyagok modern anyagok, amelyek megkönnyítik az autókat, tisztítják a vizet, és óriási előnyökkel járnak az egészségügyi és biztonsági alkalmazásokhoz” - mondja Marc Hillmyer. igazgatója Fenntartható Polimerek Központja a Minnesotai Egyetemen Minneapolisban.

Más szóval, szilárd okai vannak annak, hogy fenntarthatóbb alternatívákat keressenek a hagyományos műanyagok-nevezetesen a növényi alapú műanyagok-helyett. Az ilyen, úgynevezett bioműanyagok képesek lebomlani, drámaian csökkentve annak kockázatát, hogy végül szárazföldet vagy tengert szennyeznek. Csökkentik a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőségünket is, csökkentve a műanyag szénlábnyomát. A bioműanyagokhoz kapcsolódó üvegházhatású gázok kibocsátása 26 százalékkal alacsonyabb, mint a hagyományos műanyagoké a kukorica- és kőolaj-alapú műanyag friss életciklus-elemzése a Michigani Állami Egyetem kutatói.

Feltörekvő alternatívák

Nem könnyű azonban kőolaj-alapú, lebontható alternatívákat találni a mai műanyagokhoz. A kukoricából, cukornádból vagy más növényi alapú anyagból készült műanyag nem feltétlenül bomlik le, és a lebomlás akkor fordulhat elő, amikor szeretné.

"Nem akarja, hogy a műanyag zacskója lebomlik használat közben" - mondja Hillmyer. "Másrészt azt szeretné, ha gyorsan lebomlik, ha más környezetbe kerül."

Míg a vegyészeknek nehézségeik voltak a kőolaj alapú műanyagok újraformálásával, hogy azok lebomlhassanak, számos bioalapú, lebontható alternatíva jelenik meg.

Ezen és más közelmúltbeli sikerek ellenére a bioműanyagok az ipar egészének töredéke maradnak. A Natureworks, a minnesotai Minnetonka székhelyű vállalat, a világ egyik vezető bioműanyag -gyártója. A vállalat politejsavat vagy PLA-t, biológiailag lebomló műanyagot gyárt, amelyet kukoricakeményítőből nyer, és sokféle fogyasztási terméket készít-beleértve az egyszer használatos evőeszközöket, poharakat és csomagolásokat-, amelyek élettartamuk végén bomlanak. A cég kezdeti termelési létesítménye, Blair, Nebraska, 2002 -ben megjelent az interneten, és évente 140,000 150,000 tonna (XNUMX XNUMX tonna) PLA -t tud előállítani. A vállalat nemrég bejelentette, hogy Délkelet -Ázsiában egy második üzem megnyitását tervezi, amely alapanyagként cukornádat használna.

A bioműanyagok másik vezető gyártója a Coca-Cola Company, amely 2009-ben piacra dobta a PlantBottle nevű italpalackot, amely polietilén-tereftalátból (PET) készült, és amely akár 30 százalékban bioalapú anyagot tartalmaz. A palackok nem lebomlóak, de a legtöbb bioalapú műanyaggal ellentétben újrahasznosíthatók a hagyományos PET -vel, egy általában újrahasznosított műanyaggal együtt. 2009 óta a vállalat 35 milliárd eredeti PlantBottle palackot gyártott. 2015 júniusában a vállalat bemutatta az új, 100 százalékban bioalapú verziót.

Ezen és más közelmúltbeli sikerek ellenére a bioműanyagok az ipar egészének töredéke maradnak. Az anyagok kiválóan alkalmasak egyszer használatos termékekhez, például kanalakhoz és palackokhoz, ahol a fogyasztók hajlandóak felárat fizetni a fenntarthatóbb termékekért. A nagy tartósságú, kevésbé látható alkalmazások-például a PVC-ből készült vízcsövek, amelyeket általában használnak a lakossági és kereskedelmi vízvezetékekben-továbbra is teljes egészében hagyományos műanyagból készülnek. Összesen kevesebb, mint 0.5 százaléka az összes műanyagnak nem kőolajból származó forrásból származik-állítja a Washingtonban működő ipari művelődési társaság, a Műanyagipari Társaság.

A kormány szabályozása azonban a bioműanyagok fokozott használatához vezet. 2014 -ben az Illinois betiltotta a mikrogyöngyöket, az apró műanyag csiszolóanyagokat, amelyeket gyakran használnak az arcradírokban, samponokban és fogkrémekben, a környezet romlásával kapcsolatos aggodalmak miatt a Nagy Tavakban. Egy milliméternél kisebb átmérőjű mikrogyöngyök túl kicsik ahhoz, hogy szennyvíztisztító rendszerekkel szűrhessék őket, és mind édesvízi, mind tengeri környezetben megtalálhatók.

A biológiailag lebomló PHA -ból készülő fogyasztási cikkek közé tartoznak a táskák, edények és elektromos kábelköpenyek. Fotó a Metabolix jóvoltából.

Mivel várhatóan szövetségi módon tiltják be a mikrogyöngyöket, a Metabolix márciusban együttműködött a Honeywell-lel, hogy biológiailag lebomló alternatívát állítson elő a mikrogyöngyök számára. A két vállalat által kifejlesztett mikrogyöngyök polihidroxi-alkanoátokból vagy PHA-ból készülnek, amely bioalapú műanyag, amely drágább, de sokoldalúbb, mint PLA. A két vállalat által kifejlesztett mikrogyöngyök kukoricakeményítő erjesztésével készülnek, bár nem élelmiszer jellegű növényekből, például kapcsolófűből is készülhetnek. Peoples szerint a PHA mikrogyöngyök néhány hónap alatt szén -dioxiddá és vízzé bomlanak, ugyanolyan sebességgel, mint a cellulóz vagy a papír.

A lefelé tartó oldalak körül

Ahogy egyre inkább támaszkodunk az olyan növényekből származó műanyagokra, mint a kukorica vagy a cukornád, akaratlanul is új környezetvédelmi szempontokat vezethetünk be. Egy friss tanulmány a folyóiratban Tisztább termelés megjegyezte a mezőgazdasági nyersanyagokból termelt bioműanyagokat használjon jelentős mennyiségű vizet, peszticideket és műtrágyákat amelyek levegő- és vízszennyezést okozhatnak, és versenyezhetnek a földért az élelmiszerekért termesztett növényekkel.

Az egyik lehetséges módja annak, hogy megkerüljük a növényi alapú műanyagok alsó oldalát, miközben csökkentjük a kőolajfüggőséget, a CO használata.₂ alapanyagként helyette. A Novomer, a New York -i Ithaca -i Cornell Egyetem kutatásaiból kilépő vállalat hulladék -CO -vá változtatja₂ az etanolt gyártó üzemekből műanyagba. A cég poliolokat gyárt - polimereket, amelyeket rugalmas hab készítésére használnak a matracokban, az üléspárnákban és a szigetelésben, valamint speciális bevonatokat és tömítőanyagokat.

„Ha a matracunk a mi anyagunkból készülne, akkor ez nagyjából 22 tömegszázalék szén -dioxid lenne” - mondja Peter Shepard, a Novomer polimerekért felelős alelnöke. "Ez üvegházhatású gázt vesz igénybe, amely hulladékanyag, és értékes termékké alakítja. ”

Jellemzően CO₂ túl közömbös ahhoz, hogy más vegyületekkel reagáljon, ami megnehezíti használatát műanyagokban vagy más alkalmazásokban. Geoffrey Coates, az ithakai Cornell Egyetem kémiaprofesszora és a Novomer társalapítója kifejlesztett egy katalizátort, amely növelte a CO reaktivitását₂ miközben egyidejűleg lelassítja egy másik kulcsfontosságú poliol összetevő reaktivitását - megkönnyítve a CO beépítését₂ a kapott polimerbe.

„Olyan, mintha gyerekei lennének, pizzát és brokkolit adnának nekik, és minden alkalommal megmondanák nekik, ha falatoznak egy pizzát, harapniuk kell egy brokkolit” - mondja Coates, aki szintén tagja a Fenntartható Polimerek Központjának. .

A legnagyobb kihívás a bioműanyagok számára az, hogy versenyeznek a hagyományos műanyagokkal, hihetetlenül olcsó anyagokkal, amelyeket az elmúlt 60 évben csiszoltak, mondja Scheer. A Novomer által gyártott poliolok lebomlanak, de elveszítik lebonthatóságukat, ha kőolaj alapú vegyszerekkel kombinálják őket. hab.

Bár a vállalat jelenleg habok és tömítőanyagok gyártására összpontosít, Shepard szerint a Novomer CO₂-bázisú polimerekből lehet lebontható műanyagokat készíteni CO -val₂ akár 50 százalékos tartalmat.

Legnagyobb kihívás

Az elmúlt évek erőteljes növekedése ellenére egyesek szerint a bioműanyagok nem használták ki a bennük rejlő lehetőségeket.

"A bioműanyag-ipar nem tudott olyan polimereket előállítani, amelyek elég vonzóak az árak és a tulajdonságok tekintetében, amelyek hajlandók lesznek a világra a változásra"-mondja Frederick Scheer, a Cereplast, egykor vezető bioműanyag-vállalat korábbi vezérigazgatója. amely csődöt hirdetett 2014 -ben.

A bioműanyagok legnagyobb kihívása, hogy versengenek a hagyományos műanyagokkal, hihetetlenül olcsó anyagokkal, amelyeket az elmúlt 60 évben csiszoltak, mondja Scheer.

"Az emberek némileg tisztában vannak az olaj alapú anyagok környezeti hatásaival, amelyek nem fognak biológiailag lebomlani, de nem hajlandóak az extra dollárt költeni az [új] típusú anyagok tolására"-mondja.

A verseny a kőolaj alapú műanyagokkal csak fokozódott az elmúlt évben, mivel az olaj ára a felére csökkent. "Ahhoz, hogy versenyképesek legyünk a hagyományos olaj alapú anyagokkal, szükségünk volt az olaj árára 130 dollár, hordónként 140 dollár körül"-mondja Scheer. „Nyilvánvaló, hogy hordónként 50 dollárnál messze vagyunk attól, hogy versenyezni tudjunk.”

Scheer szerint a világ összes műanyagának nem kőolajból történő előállítására van kapacitás, de ehhez jelentős állami támogatásra lenne szükség. „Ezt olyan szabályozásnak kell vezérelnie, amely a műanyag és az olaj költségeit lényegesen magasabbra fogja kényszeríteni, mint jelenleg” - mondja.

Polietilén versenytárs?

Ha a fenntartható műanyagok, amelyek csökkentik a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőségünket, és élettartamuk végén lebomlanak, elterjedtek lesznek, akkor nemcsak a mikrogyöngyök, habok és más speciális alkalmazások, hanem a hőre lágyuló műanyagok esetében is képesnek kell lenniük az aljzatra. -költséges, formázható polimerek, amelyek az évente előállított több száz millió tonna műanyag több mint 80 százalékát teszik ki.

A Coates most egy új biopolimer kidolgozásán dolgozik, amelynek tulajdonságai hasonlóak, vagy talán jobbak, mint a polietilén, a legszélesebb körben előállított hőre lágyuló műanyag, amelyet a szemeteszsákoktól kezdve a vizes palackokon át a műanyag játékokig mindenben el lehet készíteni.

Még egy vékony polietilénréteg is hihetetlenül erős, így például borítékokat küldhet, amelyeket szinte lehetetlen kinyitni olló vagy tejeskannák nélkül, amelyek nem törnek le a padlóra dobva. "Ennek nagy része azért van, mert ez egy félkristályos anyag" - mondja Coates. "A [polimer] láncok nagyon szorosan és specifikusan egymás mellett helyezkednek el, és összességében meglepő tulajdonságokat adnak."

egy 2014 -ben megjelent tanulmány a Journal of the American Chemical SocietyCoates és a Cornell munkatársai leírtak egy új, félkristályos szerkezetű anyagot, amely cukor alapanyagból készül, és a polietilénhez hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, de hasznos élettartama végén jobban képes lebomlani.

„Ez nem egyik napról a másikra történik, de azt hiszem, vannak bizonyos pozitív [jelzések] arra, hogy valódi versenytársa lehet egy olyan műanyagnak, mint a polietilén” - mondja Hillmyer.

Az új, poli (polipropilén -szukcinát) néven ismert anyagot nem tesztelték annak megállapítására, hogy milyen gyorsan bomlik le hulladéklerakóban vagy tengeri környezetben. Coates szerint azonban összetétele alapján több hónap múlva el kell kezdenie a vízben való lebomlást, ami meghaladja a legtöbb egyszer használatos termék élettartamát. A poli (polipropilén -szukcinát) propilénglikolra és borostyánkősavra bomlik, amelyek nem mérgező anyagok, és tovább redukálódnak CO -ra₂ és vizet, ha mikrobák lenyelik.

"Ha polimer bomlástermékeket kellene fogyasztania, akkor ezeket szeretné" - mondja Coates.

Nem valószínű, hogy a poli (polipropilén-szukcinát) valaha is kevesebbe kerül fontonként, mint a hagyományos polietilén, de egyedi kristályos szerkezete azt sugallja, hogy jobban teljesíthet, mint kőolaj-társa. Ha igen, akkor a bioműanyag-gyártók egy nap felvehetik a versenyt a mai műanyagiparral, ha olyan termékeket készítenek, mint a tejkorsók, lényegesen kevesebb anyagot, mint a kőolaj alapú műanyagok.

Felcsata

Hiányzó átfogó kormányzati előírások, amelyek árat írnak elő a szénre, vagy megkövetelik az összes műanyag biológiai lebomlását, a bioműanyagoknak meg kell találniuk a módját, hogy felülmúlják a hagyományos műanyagok versenyképességét, ha valaha többet fognak betölteni, mint a résen alapuló alkalmazások.

Ez egy felfelé irányuló csata-de olyan, amelyet egy másik, régen gyártott termék, a napelem egyre inkább nyer.

2007 -ben a napenergia az amerikai villamosenergia -termelés kevesebb mint 0.1 százalékát tette ki. A találékonyságnak és az innovációnak köszönhetően a fotovoltaikus modulok ára wattonként 4 dollárról 0.50 dollárra csökkent, így a napenergia a leggyorsabban növekvő áramforrás az országban.

Lehet, hogy a bioműanyagokon dolgozók hasonló tengeri változást látnak? Végső soron valószínűleg sokan nemcsak azon fognak gondolkodni, hogy termékeik mennyire romlanak el, hanem azon is, hogy mennyire tudják lerombolni a hagyományos műanyag versenyelőnyét.

A szerzőről

Phil McKenna szabadúszó író, akit érdekel a lenyűgöző egyének és érdekes ötletek konvergenciája. Elsősorban az energiáról és a környezetről ír, különös tekintettel a hírek mögött álló egyénekre. Mûve megjelenik A New York Times, Smithsonian, WIRED, Audubon, új tudós, Technology Review, MATTER és NOVA, ahol közreműködő szerkesztő.

Ez a cikk eredetileg megjelent Ensia

Kapcsolódó könyv:

at

Köszönjük látogatását InnerSelf.com, hol vannak 20,000 + életet megváltoztató cikkek, amelyek "Új attitűdöket és új lehetőségeket" hirdetnek. Minden cikk le van fordítva 30+ nyelv. Feliratkozás a hetente megjelenő InnerSelf Magazine-hoz és Marie T Russell Daily Inspiration című könyvéhez. InnerSelf Magazine 1985 óta jelent meg.