Jak mohou plasty překvapivě pomoci v boji proti změně klimatu

Co mají vaše auto, telefon, láhev sody a boty společné? Všichni jsou z velké části z ropy. Tento neobnovitelný zdroj se zpracovává na univerzální sadu chemikálií nazývaných polymery - nebo běžněji plasty. Více než 5 miliard galonů ropy se každý rok přeměňuje pouze na plasty.

Polymery jsou za mnoha důležitými vynálezy posledních několika desetiletí, jako je například 3D tisk. Takzvané „technické plasty“, které se používají v aplikacích od automobilového průmyslu po stavebnictví až po nábytek, mají vynikající vlastnosti a mohou dokonce pomoci vyřešit problémy životního prostředí. Například díky inženýrským plastům jsou vozidla nyní lehčí, takže mají lepší kilometrový výkon. Jak ale roste počet využití, tak i poptávka po plastech. Svět vyrábí více než 300 milionů tun plastu každý rok. Počet by mohl být šestkrát vyšší než do roku 2050.

Petroplasty nejsou v zásadě tak špatné, ale jsou to zmeškané příležitosti. Naštěstí existuje alternativa. Přechod z polymerů na bázi ropy na biologicky založené polymery by mohl každoročně snížit emise uhlíku o stovky milionů tun. Polymery na bázi biomasy jsou nejen obnovitelné a ekologicky šetrnější k produkci, ale ve skutečnosti mohou mít čistý přínos pro změnu klimatu tím, že působí jako uhlíkový dřez. Ale ne všechny biopolymery jsou vytvořeny stejně.

Degradovatelné Bio-polymery

Možná jste se dříve setkali s „bioplastami“, zejména jako jednorázové nádobí - tyto plasty jsou odvozeny od rostlin místo oleje. Takové biologické polymery se vyrábějí tak, že se cukry, nejčastěji z cukrové třtiny, cukrové řepy nebo kukuřice, přivádějí do mikroorganismů, které produkují prekurzorové molekuly, které se mohou čistit a chemicky spojovat za vzniku polymerů s různými vlastnostmi.

Plasty z rostlin jsou pro životní prostředí lepší ze dvou důvodů. Za prvé, dochází k dramatickému snížení energie potřebné k výrobě plastů na bázi rostlin - až o 80 procent. Zatímco každá tuna plastů odvozených z ropy produkuje dva až tři tuny CO₂, může být snížena na asi 0,5 tun CO₂ na tunu biopolymeru a procesy se zlepšují.

Za druhé, plasty na bázi rostlin mohou být biologicky rozložitelné, takže se neskládají na skládkách.

I když je to skvělé pro jednorázové použití, jako jsou plastové vidličky, biodegradace, někdy je důležitá delší životnost - pravděpodobně byste nechtěli, aby se přístrojová deska vašeho vozu časem pomalu změnila v hromadu hub. Mnoho dalších aplikací vyžaduje stejný typ pružnosti, jako jsou stavební materiály, zdravotnické prostředky a domácí spotřebiče. Biologicky odbouratelné biopolymery také nejsou recyklovatelné, což znamená, že je třeba neustále pěstovat a zpracovávat více rostlin, aby se uspokojila poptávka.

Bio-polymery jako uhlíkové zásobníky

Plasty, bez ohledu na zdroj, jsou převážně vyrobeny z uhlíku - asi 80% hmotnostních. Zatímco plasty odvozené z ropy neuvolňují CO way stejným způsobem, jako spalování fosilních paliv, nepomohou ani sekvestrovat žádný přebytek této plynné znečišťující látky - uhlík z kapalného oleje se jednoduše přemění na pevné plasty.

Biopolymery jsou na druhé straně odvozeny z rostlin, které používají fotosyntézu k přeměně CO₂, vody a slunečního světla na cukry. Když jsou tyto molekuly cukru přeměněny na biopolymery, uhlík je účinně uzamčen od atmosféry - pokud nejsou biologicky odbourány nebo spáleny. I když biopolymery skončí na skládce, budou i nadále sloužit této úloze ukládání uhlíku.

CO₂ je pouze asi 28% hmotnostních uhlíku, takže polymery obsahují enormní rezervoár, ve kterém se tento skleníkový plyn skladuje. Pokud by současná světová roční dodávka přibližně 300 milionů tun polymerů byla biologicky nerozložitelná a biologická, bylo by to srovnatelné s gigatonem - miliardou tun - sekvestrovaného CO₂, což je přibližně 2,8% současných globálních emisí. Mezivládní panel pro změnu klimatu nastínil v nedávné zprávě zachycení, ukládání a opětovné použití uhlíku jako klíčové strategie pro zmírnění změny klimatu; Bio-polymery by mohly být klíčovým příspěvkem, až 20% odstranění CO₂, které je nutné k omezení globálního oteplování na 1,5 stupně Celsia.

Trh nedegradovatelných biopolymerů

Současné strategie sekvestrace uhlíku, včetně geologického skladování, které čerpají CO₂, vyčerpávají podzemní nebo regenerační zemědělství, které ukládá více uhlíku v půdě, silně se opírají o politiku směřující k dosažení požadovaných výsledků.

I když se jedná o kritické mechanismy pro zmírnění změny klimatu, sekvestrace uhlíku ve formě biopolymerů má potenciál využít jiného řidiče: peněz.

Hospodářská soutěž založená pouze na ceně byla pro biopolymery náročná, ale rané úspěchy ukazují cestu k většímu pronikání. Jedním zajímavým aspektem je schopnost přístupu k novým chemickým látkám, které se v současné době nenacházejí v polymerech odvozených z ropy.

Zvažte recyklovatelnost. Jen málo tradičních polymerů je skutečně recyklovatelných. Tyto materiály jsou ve skutečnosti nejčastěji downcyklovány, což znamená, že jsou vhodné pouze pro aplikace s nízkou hodnotou, jako jsou stavební materiály. Díky nástrojům genetického a enzymového inženýrství však mohou být vlastnosti jako úplná recyklovatelnost - což umožňuje opakovaně používat materiál pro stejnou aplikaci - již od počátku konstruovány do biopolymerů.

Biopolymery jsou dnes založeny převážně na přírodních fermentačních produktech některých druhů bakterií, jako je produkce kyseliny mléčné Lactobacillus - stejného produktu, který poskytuje kyselému pivu tartness. I když se jedná o dobrý první krok, objevující se výzkum naznačuje, že skutečná všestrannost biopolymerů bude v nadcházejících letech uvolněna. Díky moderní schopnosti konstruovat proteiny a modifikovat DNA je nyní k dispozici vlastní design prekurzorů biopolymerů. Díky tomu se stává možným svět nových polymerů - materiály, ve kterých bude dnešní CO₂ sídlit v užitečnější, hodnotnější formě.

Aby byl tento sen realizován, je zapotřebí více výzkumu. I když jsou zde dnes již příklady - podobně jako částečně bio-Cola-Cola PlantBottle - bioinženýrství potřebné k dosažení mnoha nejslibnějších nových biopolymerů je stále ve fázi výzkumu - jako obnovitelná alternativa k uhlíkovým vláknům, která by mohla být použita ve všem, od jízdních kol po lopatky větrných turbín.

Vládní politiky podporující sekvestraci uhlíku by také přispěly k přijetí. Díky tomuto druhu podpory je možné významné využití biopolymerů jako úložiště uhlíku již v příštích pěti letech - což je časový harmonogram, který může významně přispět k řešení klimatické krize.

Tento článek byl původně publikován na Konverzaci Josepha Rollina a Jenny E. Gallegos. Přečtěte si originální článek zde.