令人驚訝的塑料方式實際上可以幫助對抗氣候變化

令人驚訝的塑料方式實際上可以幫助對抗氣候變化
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XN​​UMX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。

生物塑料不依賴於鑽油,因為它們已從大氣中的二氧化碳中獲取碳。 (塑料實際上有助於應對氣候變化的驚人方式)生物塑料不依賴於鑽油,因為它們已從大氣中的二氧化碳中獲取碳。 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。 雖然每噸石油衍生的塑料產生2至3噸的二氧化碳,但每噸生物聚合物可減少約0.5噸二氧化碳,而且工藝只會越來越好。

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。


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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 - 約佔80重量百分比。 雖然石油衍生塑料不像燃燒化石燃料那樣釋放二氧化碳,但它們也無助於隔離任何過量的這種氣態污染物 - 液態油中的碳只能轉化為固體塑料。

另一方面,生物聚合物是 來自植物,它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。

CO 2僅約為28%碳 按重量計算因此,聚合物包括一個巨大的儲存器,用於儲存這種溫室氣體。 如果目前世界上每年約1000萬噸聚合物的供應都是不可生物降解的和生物基的,這相當於一個千兆噸 - 十億噸的隔離二氧化碳,約為300百分比 目前的全球排放量。 在 最近的報導,政府間氣候變化專門委員會概述了捕獲,儲存和再利用碳作為減緩氣候變化的關鍵戰略; 生物基聚合物可以做出重要貢獻,最高可達到將全球變暖限制在20攝氏度所需的二氧化碳去除率的1.5%。

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 將CO 2排放到地下或 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。 (塑料實際上有助於應對氣候變化的驚人方式)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,生物聚合物前體的定制設計現已達到。 有了它,一個新的聚合物世界成為可能 - 今天的二氧化碳將以更有用,更有價值的形式存在的材料。

飛機也開始由聚合物製成 - 生物聚合物是下一步。 (塑料實際上有助於應對氣候變化的驚人方式)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。談話

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

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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