Sebagai polimer berasaskan petroleum busuk lautan kita dan sampah kehidupan kita, penyelidik mendapatkan lebih mesra alam cara untuk memenuhi permintaan untuk tahan lama, bahan serba boleh. Flickr: Gambar oleh Bo Eide (Flickr / Creative Commons) 

Julai 29, 2015 - Nasib lautan dunia boleh berehat di dalam tangki keluli tahan karat tidak cukup saiz keg bir kecil. Di dalamnya, bakteria yang diubah suai secara genetik menjadikan sirap jagung menjadi jisim polimer yang dapat digunakan untuk menghasilkan pelbagai plastik biasa.

"Ia seperti membuat yogurt," kata Oliver Peoples, ketua pegawai saintifik Metabolix, Inc.

Syarikat yang berpangkalan di Massachusetts Cambridge, di mana bioplastik terbentuk di dalam kamar penapaian makmal-besaran adalah salah satu peningkatan jumlah perniagaan dan institusi berusaha untuk membangunkan, lebih mesra alam penggantian kos yang kompetitif untuk plastik konvensional, yang diperbuat daripada bahan api fosil, gagal mengurai dan kini beralih lautan kita ke dalam laut plastik terapung.

"Kami telah melihat peningkatan besar dalam pengeluaran plastik yang mengakibatkan peningkatan aliran sisa juga," kata Jenna Jambeck, ahli fakulti kejuruteraan alam sekitar di University of Georgia. "Tidak seperti bahan yang biodegradasi, plastik mempunyai semua isu ini. Ia mudah bergerak ke dalam saluran air, ia menjadi serpihan secara fizikal menjadi lebih kecil yang sangat sukar atau tidak mungkin untuk mengumpul, dan [ia cenderung] menyerap bahan kimia pencemar yang sudah ada di alam sekitar. "

Beberapa 4.8 juta hingga 12.7 juta metrik tan (5.3 juta hingga 14 juta tan) daripada plastik, atau sehingga 4 peratus daripada kira-kira 300 juta metrik tan (330 juta tan) plastik yang dihasilkan setiap tahun, memasuki lautan sebagai sampah di 2010. Angka ini dijangka meningkat 10-fold dalam dekad yang akan datang kerana lebih banyak plastik dihasilkan dan seterusnya mengelakkan pengurusan sisa dan usaha kitar semula, menurut kajian Jambeck dan rekan-rekannya diterbitkan awal tahun ini dalam jurnal Sains/Ilmu.

Apa kesan semua plastik ini pada benda hidup, termasuk manusia, masih tidak jelas. Sejumlah kajian baru-baru ini memperlihatkan bahawa bahan kimia dalam bit kecil plastik, dan juga plastiknya sendiri, dapat berkumpul dalam burung, ikan dan kehidupan laut yang lain. Ujian makmal telah menunjukkan bahawa bahan kimia yang terdiri daripada mereka boleh menyebabkan kesan buruk kesihatan, termasuk kerosakan hati dan gangguan endokrin melalui ekspresi gen diubah. Sama ada kesan yang sama berlaku di luar makmal atau sama ada mereka memperluaskan rantaian makanan kepada orang yang makan organisma laut masih tidak diketahui, namun kedua-duanya seolah-olah sepenuhnya masuk akal.

Dan itu bukan semua. Plastics adalah kejam di jabatan gas rumah hijau juga. Kira-kira 8 peratus daripada petroleum yang digunakan di seluruh dunia setiap tahun pergi ke membuat plastik langsung atau kuasa proses pembuatan plastik, menurut satu laporan baru-baru ini oleh Worldwatch Institute.

"Walaupun orang merasa seperti mereka ingin menggunakan plastik kurang daripada yang lebih, hakikatnya ialah plastik adalah bahan moden yang membuat kereta lebih ringan, membersihkan air dan menambah manfaat yang luar biasa untuk aplikasi kesihatan dan keselamatan." - Marc Hillmyer hanya mengurangkan penggunaan kami? Untuk satu perkara, plastik sangat serba boleh, memenuhi keperluan spektrum, fleksibiliti, kos dan lain-lain parameter yang bahan pengganti akan menjadi sukar dipadankan. Bukan itu sahaja, tetapi bahan-bahan pengganti memberikan impak alam sekitar, sosial dan kesihatan yang buruk.

"Walaupun orang merasa seperti mereka ingin menggunakan kurang plastik dan bukannya lebih, hakikat perkara ini ialah bahawa plastik adalah bahan-bahan moden yang membuat kereta lebih ringan, membersihkan air dan menambah manfaat yang besar untuk aplikasi kesihatan dan keselamatan," kata Marc Hillmyer, pengarah Pusat Polymers Lestari di Universiti Minnesota di Minneapolis.

Dengan kata lain, ada sebab yang kukuh untuk meneruskan alternatif yang lebih mampan kepada plastik konvensional - iaitu, plastik berasaskan tumbuhan. Bioplastik yang dipanggil sedemikian dapat merendahkan, secara mendadak mengurangkan risiko bahawa mereka akan berakhir mencemarkan tanah atau laut. Mereka juga mengurangkan kebergantungan kita terhadap bahan api fosil, mengurangkan jejak karbon plastik. Pelepasan gas rumah hijau yang dikaitkan dengan bioplastik adalah 26 lebih rendah daripada yang dikaitkan dengan plastik konvensional, menurut analisis kitar hayat terkini berasaskan berasaskan jagung dan berasaskan petroleum oleh penyelidik di Michigan State University.

baru muncul Alternatives

Menemui alternatif bukan berasaskan petroleum, yang boleh dibusarkan kepada plastik hari ini, tidak mudah. Plastik yang diperbuat daripada jagung, tebu atau bahan berasaskan tumbuhan yang lain tidak semestinya terurai, dan mendapat keruntuhan apabila anda mahu menjadi sukar.

"Anda tidak mahu beg plastik anda untuk merendahkan semasa anda menggunakannya," kata Hillmyer. "Sebaliknya anda mahu ia merendahkan cepat apabila dimasukkan ke dalam persekitaran yang lain."

Walaupun ahli kimia mempunyai kesukaran merumuskan plastik berasaskan petroleum supaya mereka boleh merendahkan, beberapa berasaskan bio, alternatif degradeable yang baru muncul.

Walaupun terdapat kejayaan dan kejayaan baru-baru ini, bioplastik tetap menjadi sebahagian kecil industri secara keseluruhan. Natureworks, sebuah syarikat yang berpusat di Minnetonka, Minnesota, adalah salah satu pembuatan bioplastik terkemuka di dunia. Syarikat itu membuat asid polilaktik, atau PLA, plastik biodegradable yang dihasilkannya dari tepung jagung dan menjadikannya pelbagai produk pengguna - termasuk pinggan mangkuk, cawan dan pembungkusan sekali pakai - yang terurai pada akhir hayat berguna mereka. Kemudahan pengeluaran awal syarikat di Blair, Nebraska, beroperasi dalam talian pada tahun 2002 dan dapat menghasilkan 140,000 metrik tan (150,000 tan) PLA setiap tahun. Syarikat baru-baru ini mengumumkan rancangan untuk membuka kilang kedua di Asia Tenggara yang akan menggunakan tebu sebagai bahan makanannya.

Satu lagi pengeluar terkemuka bioplastik adalah Coca-Cola Company, yang pada 2009 melancarkan PlantBottle, botol minuman diperbuat daripada polyethylene terephthalate -Haiwan peliharaan - yang mengandungi sehingga 30 peratus bahan berasaskan bio. Botol tidak terurai tetapi, tidak seperti kebanyakan plastik berasaskan bio, boleh dikitar semula bersama-sama dengan PET konvensional, plastik biasa dikitar semula. Sejak 2009 syarikat ini telah menghasilkan 35 bilion PlantBottles asalnya. Pada bulan Jun 2015 syarikat itu melancarkan versi baru yang 100 peratus berasaskan bio.

Walaupun ini dan kejayaan baru-baru ini, bioplastik kekal sebagai sebahagian kecil daripada industri secara keseluruhan. Bahan ini sangat sesuai untuk produk penggunaan tunggal seperti sudu dan botol di mana pengguna sanggup membayar premium untuk produk yang lebih mampan. Ketahanan yang tinggi, aplikasi yang kurang kelihatan - contohnya, paip air yang diperbuat daripada PVC yang biasa digunakan dalam paip kediaman dan komersial - masih dibuat sepenuhnya daripada plastik konvensional. Secara keseluruhannya, kurang daripada 0.5 peratus daripada semua plastik berasal dari sumber bukan petroleum, menurut Persatuan Industri Plastik, sebuah kumpulan perdagangan industri yang berpusat di Washington, DC

peraturan kerajaan, bagaimanapun, membawa kepada peningkatan penggunaan bioplastik. Dalam 2014 Illinois microbeads diharamkan, kandungan plastik kecil yang biasa digunakan dalam scrub muka, syampu dan ubat gigi, disebabkan oleh kebimbangan mengenai pencemaran alam sekitar di Great Lakes. Kurang daripada satu milimeter diameter, microbeads terlalu kecil untuk ditapis oleh sistem rawatan kumbahan dan telah didapati dalam kedua-dua air tawar dan persekitaran marin.

barangan pengguna yang boleh dibuat dari biodegradable PHA termasuk beg, peralatan dan jaket kabel elektrik. Photo ihsan Metabolix.

Dengan pengharaman persekutuan pada microbeads yang dijangka, Metabolix bermitra dengan Honeywell pada bulan Mac untuk menghasilkan alternatif biodegradable untuk microbeads Mikroba kedua-dua syarikat sedang membangun diperbuat daripada Polyhydroxyalkanoates, atau PHA, plastik berasaskan bio yang lebih mahal tetapi juga lebih fleksibel daripada PLA. Mikroba kedua-dua syarikat sedang dibangunkan dengan menanam jagung, walaupun mereka juga boleh dibuat dari tanaman bukan makanan seperti switchgrass. Mikroba PHA akan menurunkan karbon dioksida dan air dalam beberapa bulan pada kadar yang sama seperti selulosa atau kertas, kata Orang.

Sekitar Bahagian Down

Seperti yang kita meningkatkan pergantungan kepada plastik diperoleh daripada tanaman seperti jagung atau tebu, kita secara tidak sengaja boleh memperkenalkan kebimbangan alam sekitar yang baru. Satu kajian baru-baru ini dalam jurnal Pengeluaran Bersih bioplastik berkata berkembang daripada bahan mentah pertanian menggunakan sejumlah besar air, racun perosak dan baja yang boleh menyebabkan pencemaran udara dan air dan bersaing untuk tanah dengan tanaman yang ditanam untuk makanan.

Satu cara yang mungkin untuk mendapatkan sekitar pihak ke bawah plastik berasaskan tumbuhan sementara masih mengurangkan pergantungan kepada petroleum adalah dengan menggunakan CO₂ sebagai bahan mentah sebaliknya. Novomer, sebuah syarikat yang diputar keluar dari penyelidikan di Cornell University di Ithaca, New York, yang menukarkan sisa CO₂ dari loji pengeluaran etanol menjadi plastik. Syarikat itu membuat poliol - polimer yang digunakan untuk membuat busa fleksibel yang terdapat dalam tilam, kusyen tempat duduk dan penebat, serta pelbagai pelapisan dan sealant khusus.

"Jika tilam anda dibuat dengan bahan kami, ia akan menjadi kira-kira 22 peratus oleh karbon dioksida berat," kata Peter Shepard, wakil presiden Novomer polimer. "Ia mengambil gas rumah hijau yang merupakan bahan buangan dan menjadikannya produk yang bernilai. "

biasanya CO₂ terlalu lengai untuk bertindak balas dengan sebatian lain, menjadikan penggunaannya dalam plastik atau aplikasi lain sukar. Geoffrey Coates, seorang profesor kimia di Universiti Cornell di Ithaca dan pengasas bersama Novomer, membangunkan satu pemangkin yang meningkatkan kereaktifan CO₂ pada masa yang sama melambatkan reaktiviti bahan poli utama lain - menjadikannya lebih mudah untuk menggabungkan CO₂ ke dalam polimer yang dihasilkan.

"Ia seperti jika anda mempunyai anak-anak dan anda memberi mereka pizza dan brokoli dan anda memberitahu mereka setiap kali anda mengambil gigitan pizza anda perlu mengambil gigitan brokoli," kata Coates, yang juga ahli Pusat Polimer Mapan .

Cabaran yang paling besar untuk bioplastik adalah bahawa mereka bersaing dengan plastik konvensional, bahan-bahan yang sangat murah yang telah mengasah untuk 60 tahun yang lalu, polyols Scheer says.The dibuat oleh Novomer adalah terurai tetapi kehilangan keupayaan degradasi mereka apabila digabungkan dengan bahan kimia berasaskan petroleum untuk membuat buih.

Walaupun syarikat itu kini memberi tumpuan kepada membuat buih dan pengedap, Shepard berkata Novomer ini CO₂polimer berasaskan boleh digunakan untuk membuat plastik boleh rosak dengan CO₂ kandungan serendah 50 peratus.

Cabaran terbesar

Walaupun pertumbuhan yang kukuh pada tahun-tahun kebelakangan ini, ada yang mengatakan bioplastik tidak hidup sehingga potensi mereka.

"Industri bioplastik tidak mampu untuk membuat filem yang cukup menarik dari segi harga dan dari segi sifat-sifat yang akan menjadikan dunia ini bersedia untuk berubah," kata Frederick Scheer, bekas Ketua Pegawai Eksekutif Cereplast, sebuah syarikat bioplastik sekali terkemuka yang diisytiharkan muflis dalam 2014.

Cabaran terbesar bagi bioplastik adalah mereka bersaing dengan plastik konvensional, bahan-bahan yang sangat murah yang telah diasah untuk tahun 60 yang lalu, kata Scheer.

"Orang ramai menyedari impak alam sekitar bahan berasaskan minyak yang tidak akan membiodegradasi, tetapi mereka tidak sanggup membelanjakan wang tambahan untuk mendorong jenis bahan [baru]," katanya.

Persaingan dengan plastik berasaskan petroleum hanya meningkat sejak tahun lepas kerana harga minyak turun sebanyak separuh. "Untuk bersaing dengan bahan berasaskan minyak tradisional, kami memerlukan harga minyak untuk berada di sekitar $ 130, $ 140 setong," kata Scheer. "Jelas sekali, pada $ 50 setong kami jauh dari dapat bersaing."

Scheer mengatakan keupayaan untuk membuat semua plastik dunia dari sumber bukan petroleum wujud, tetapi untuk berbuat demikian memerlukan sokongan besar kerajaan. "Ia perlu didorong oleh peraturan yang akan memaksa kos plastik dan kos minyak menjadi lebih tinggi daripada sekarang," katanya.

Pesaing Polietilena?

Sekiranya plastik lestari yang mengurangkan kebergantungan kita terhadap bahan api fosil dan merosot pada akhir hayat berguna mereka akan pergi ke arus perdana, mereka harus dapat sub bukan sahaja untuk microbeads, busa dan aplikasi khusus lain tetapi juga untuk termoplastik - rendah polimer yang diperbuat daripada polimer yang terdiri daripada lebih daripada 80 peratus daripada beratus-ratus juta tan plastik yang dikeluarkan setiap tahun.

Coates kini mengusahakan biopolimer baru dengan sifat-sifat yang setanding dengan atau mungkin lebih baik daripada polyethylene, termoplastik yang paling banyak digunakan untuk membuat segalanya dari beg sampah ke botol air untuk mainan plastik.

Malah lapisan polietilena nipis sangat kuat, membuat, sebagai contoh, surat sampul surat yang hampir mustahil untuk dibuka tanpa gunting atau kendi susu yang tidak pecah ketika jatuh di lantai. "Kebanyakannya adalah kerana ia adalah bahan semikristina," kata Coates. "Rantai polimer [pek] bersebelahan dengan satu sama lain dengan cara yang sangat ketat dan khusus yang keseluruhannya memberikan sifat yang mengagumkan."

Dalam pakej kajian 2014 disiarkan dalam Jurnal Persatuan Kimia Amerika, Coates dan rakan sekerja di Cornell menyifatkan bahan baru dengan struktur semikristalin yang dibuat dari bahan suapan gula dan mempunyai sifat yang serupa dengan polietilen, namun lebih mampu menguraikan pada akhir hayat bergunanya.

"Ia tidak berlaku dalam sekelip mata, tetapi saya fikir terdapat tanda positif [tanda bahawa ia] boleh menjadi pesaing sebenar untuk plastik seperti polietilena," kata Hillmyer.

Bahan baru, yang dikenali sebagai poli (polipropilena succinate), belum diuji untuk melihat betapa cepatnya itu akan terurai di dalam TPA atau persekitaran laut. Tetapi berdasarkan komposisinya, Coates berkata, ia sepatutnya mula merosot dalam air selepas beberapa bulan, tempoh masa yang akan melebihi hayat kegunaan kebanyakan produk penggunaan tunggal. Poli (polipropilena succinate) pecah ke propylene glycol dan asid succinic, bahan-bahan nontoxik yang terus dikurangkan ke CO₂ dan air apabila dimakan oleh mikrob.

"Jika anda terpaksa makan produk-produk degradasi polimer, ini akan menjadi yang anda mahukan," kata Coates.

Ia tidak mungkin bahawa poli (polypropylene succinate) pernah akan kos kurang pada asas paun untuk paun daripada polietilena konvensional, tetapi struktur kristal yang unik mencadangkan ia boleh melakukan lebih baik daripada rakan sejawatannya dari petroleum. Jika ya, pengeluar bioplastik suatu hari nanti mungkin dapat bersaing dengan industri plastik hari ini dengan membuat perkara seperti jugs susu dengan bahan yang kurang daripada plastik berasaskan petroleum.

Pertempuran Uphill

Singkat menyapu peraturan-peraturan kerajaan yang meletakkan harga pada karbon atau memerlukan semua plastik biorosot, bioplastik perlu mencari cara untuk outcompete plastik konvensional jika mereka pernah akan mengisi lebih daripada aplikasi khusus.

Ia merupakan satu perjuangan yang berat - tetapi satu yang satu lagi produk sekali-niche, panel solar, semakin menang.

Dalam kuasa solar 2007 dibuat kurang daripada 0.1 peratus daripada penjanaan elektrik AS. Terima kasih kepada kepintaran dan inovasi, harga modul photovoltaic telah menurun dari US $ 4 per watt kepada US $ 0.50 per watt, menjadikan solar sebagai sumber elektrik paling pesat berkembang di negara ini.

Mungkin mereka yang bekerja di bioplastik melihat perubahan laut yang sama? Akhirnya, banyak mungkin akan menunggang bukan sahaja kepada bagaimana produk mereka memecahkan, tetapi kepada berapa banyak mereka boleh memecahkan daya saing plastik konvensional ini.

Tentang Pengarang

Phil McKenna adalah seorang penulis lepas yang berminat dalam penumpuan individu yang menarik dan idea-idea menarik. Dia terutamanya menulis tentang tenaga dan alam sekitar dengan tumpuan kepada individu di belakang berita. Karyanya muncul di . New York Times, Smithsonian, WIRED, Audubon, New Scientist, Kajian Teknologi, MATTER dan NOVA, di mana dia adalah editor penyumbang.

Artikel ini pada asalnya muncul di Ensia

Tempah berkaitan:

at

Terima kasih kerana melawat InnerSelf.com, mana ada 20,000 + rencana mengubah hidup yang mempromosikan "Sikap Baharu dan Kemungkinan Baharu." Semua artikel diterjemahkan ke dalam 30+ bahasa. Langgan kepada Majalah InnerSelf, diterbitkan setiap minggu, dan Inspirasi Harian Marie T Russell. lahirnya Magazine telah diterbitkan sejak tahun 1985.