超過99當今塑料的百分比來自石油，但新的生物基選項正在變得可用。 矢量市場，Freepik和srip的圖標, CC BY
你的車，手機，汽水瓶和鞋子有什麼共同之處？ 它們都主要由石油製成。 這種不可再生資源被加工成一種多功能化學品，稱為聚合物 - 或更常見的是塑料。 過度 每年XNUMX十億加侖的石油 單獨轉化為塑料。
聚合物是過去幾十年許多重要發明的背後，如 3D印刷。 所謂的“工程塑料”，用於從汽車，建築到家具等各種應用，具有優越的性能，甚至可以幫助解決環境問題。 例如，多虧工程塑料， 車輛現在重量更輕，所以他們獲得更好的燃油里程。 但隨著使用次數的增加， 對塑料的需求也是如此。 全世界每年已生產超過300百萬噸的塑料。 這個數字可能是2050的六倍。
石油塑料從根本上說並不是那麼糟糕，但它們錯失良機。 幸運的是，還有另一種選擇。 從石油基聚合物轉變為生物基聚合物可以每年減少數億噸的碳排放。 生物基聚合物 不僅可再生且對環境更加環保，而且它們通過充當碳匯實際上可以對氣候變化產生淨效益。 但並非所有生物聚合物都是平等的。
生物塑膠不依賴石油鑽探，因為它們從二氧化碳中獲取碳？已經在大氣中了。 QiuJu Song / Shutterstock.com
可降解的生物聚合物
你可能遇到過“生物塑料“之前，特別是一次性餐具 - 這些塑料來自植物而不是油。 這種生物聚合物通過將糖（通常來自甘蔗，甜菜或玉米）加入到產生前體分子的微生物中來製備，所述前體分子可以被純化並化學連接在一起以形成具有各種性質的聚合物。
由於兩個原因，植物衍生塑料對環境更好。 首先，製造植物塑料所需的能源大幅減少 - 與80百分比一樣多。雖然每噸石油衍生塑膠會產生 2 至 3 噸二氧化碳，但可以減少至約 0.5 噸二氧化碳？每噸生物聚合物，而且製程只會變得更好。
其次，植物性塑料可以生物降解，因此它們不會積聚在垃圾填埋場中。
雖然塑料叉子等一次性產品很難生物降解，但有時更長的壽命很重要 - 你可能不希望汽車的儀表板隨著時間的推移慢慢變成一堆蘑菇。 許多其他應用需要相同類型的彈性，例如建築材料，醫療設備和家用電器。 可生物降解的生物聚合物也不可回收，這意味著需要不斷種植和加工更多的植物以滿足需求。
生物聚合物作為碳儲存
塑料，無論來源，主要由碳製成 – 約 80%（以重量計）。石油衍生塑膠不會釋放二氧化碳嗎？就像燃燒化石燃料一樣，它們也無助於隔離任何過量的氣態污染物——液態石油中的碳只是轉化為固體塑膠。
另一方面，生物聚合物是 來自植物，利用光合作用將二氧化碳、水和陽光轉化為糖。當這些糖分子轉化為生物聚合物時， 碳被有效地鎖定 從大氣層 - 只要它們沒有生物降解或焚燒。 即使生物聚合物最終進入垃圾填埋場，它們仍將起到碳儲存的作用。
一氧化碳？僅含約 28% 的碳 按重量計算，因此聚合物構成了一個巨大的儲存庫，可以儲存這種溫室氣體。如果目前世界每年供應的約 300 億噸聚合物都是不可生物降解的和生物基的，那麼這將相當於封存了十億噸的二氧化碳，約佔全球聚合物總量的 2.8%。 目前的全球排放量。 在 最近的報導政府間氣候變遷專門委員會概述了捕獲、儲存和再利用碳作為緩解氣候變遷的關鍵策略；生物基聚合物可以做出關鍵貢獻，最多可減少 20% 的二氧化碳排放？將全球暖化限制在攝氏 1.5 度需要清除。
不可降解的生物聚合物市場
目前的碳封存策略，包括 地質封存 泵二氧化碳？排出地下或 再生農業 在土壤中儲存更多的碳，嚴重依賴政策來推動預期的結果。
雖然這些是減緩氣候變化的關鍵機制，但以生物聚合物形式封存碳有可能利用不同的驅動因素：金錢。
僅基於價格的競爭一直是生物聚合物的挑戰，但是 早期的成功 展示通向更大滲透的道路。 一個令人興奮的方面是能夠獲得目前未在石油衍生聚合物中發現的新化學物質。
石塑瓶最多只能回收幾次。 漢斯/ pixabay, CC BY
考慮可回收性。 很少有傳統聚合物 真正可回收。 這些材料實際上通常是降級回收，這意味著它們僅適用於低價值應用，例如建築材料。 由於遺傳和酶工程的工具，但是，屬性如 完全可回收性 - 允許材料重複用於相同的應用 - 可以從一開始就設計成生物聚合物。
生物聚合物如今 主要基於某些細菌種類的天然發酵產物，例如乳酸乳桿菌的生產 - 與提供酸啤酒中的酸味的相同產品。 雖然這些都是良好的第一步，但新興研究表明，生物聚合物的真正多功能性將在未來幾年內釋放出來。 感謝 現代設計蛋白質和修飾DNA的能力，生物聚合物前驅體的客製化設計現已成為可能。有了它，新聚合物的世界就成為可能——今天的材料中的二氧化碳？將以更有用、更有價值的形式存在。
飛機也開始由聚合物製成 - 生物聚合物是下一步。 Eric Salard / Wikimedia Commons, CC BY-SA
為了實現這個夢想，需要進行更多的研究。 雖然早期的例子今天在這裡 - 就像部分一樣 生物基可口可樂PlantBottle - 實現許多最有希望的新生物聚合物所需的生物工程仍處於研究階段 - 如同 碳纖維的可再生替代品 可用於從自行車到風力渦輪機葉片的所有產品。
支持碳固存的政府政策也有助於推動採用。 有了這種支持，未來五年內可以大量使用生物聚合物作為碳儲存 - 這個時間表有可能為幫助解決氣候危機作出重大貢獻。
關於作者
Joseph Rollin，生物能源博士後研究員， 國家可再生能源實驗室 和Jenna E. Gallegos，化學和生物工程博士後研究員， 科羅拉多州立大學
相關書籍
at InnerSelf 市場和亞馬遜
.jpg){kind=link}