Öljypohjaisina polymeereinä rikotaan valtameriä ja pentueemme elämäämme, tutkijat etsivät ympäristöystävällisempiä tapoja vastata kestävien ja monipuolisten materiaalien kysyntään. Flickr: Kuva: Bo Eide (Flickr / Creative Commons) 

Heinäkuu 29, 2015 - Maailman valtamerien kohtalo voi levätä ruostumattomasta teräksestä valmistetussa säiliössä, joka ei ole aivan pienen oluen tynnyrin koko. Sisällä geneettisesti muunnetut bakteerit muuttavat maissiisiirapin polymeerien massaan, jota voidaan käyttää monenlaisten tavallisten muovien valmistukseen.

”Se on vähän kuin jogurtin tekeminen”, sanoo Metabolix, Inc.:n päällikkö Oliver Peoples.

Cambridge, Massachusettsin yritys, jossa bioplastit muodostuvat laboratoriomittareissa, on yksi kasvavista yrityksistä ja laitoksista, jotka pyrkivät kehittämään fossiilisista polttoaineista valmistettujen perinteisten muovien kustannustehokkaita ja ympäristöystävällisempiä korvauksia. hajoavat ja kääntävät valtameret kelluvan muovin meriksi.

"Olemme nähneet tämän valtavan tuotannon lisääntymisen muovissa, mikä johtaa myös jätevirran kasvuun", sanoo Georgian yliopiston ympäristötekniikan tiedekunnan jäsen Jenna Jambeck. ”Toisin kuin biohajoava materiaali, muovilla on kaikki nämä ongelmat. Se kulkee helposti vesistöihin, se fyysisesti fragmentoituu pienemmiksi paloiksi, jotka ovat äärimmäisen kovia tai mahdotonta kerätä, ja [se pyrkii] absorboimaan kemikaaleja, jotka ovat jo ympäristössä. "

Jotkut 4.8 miljoonaa 12.7 miljoonaa tonnia (5.3 miljoonaa 14 miljoonaa tonnia) muovia, tai jopa 4 prosenttia vuosittain tuotetun muovin noin 300 miljoonasta tonnista (330 miljoonaa tonnia) tulivat valtamereksi roskana 2010issa. Luvun odotetaan lisäävän 10-kerrointa seuraavan vuosikymmenen aikana, kun muovia tuotetaan enemmän ja myöhemmin vältetään jätehuolto- ja kierrätystoimia Jambeckin ja kollegojen mukaan. julkaistu aiemmin tänä vuonna lehdessä tiede.

Mitä vaikutusta tähän muoviin on eläviin asioihin, myös ihmisiin, on edelleen epäselvä. Monet tuoreet tutkimukset osoittavat, että kemikaalit pienissä muovituotteissa ja jopa muoviset bitit voivat kerääntyä lintuihin, kaloihin ja muuhun meren elämään. Laboratoriokokeet ovat osoittaneet, että kemikaalit, jotka sisältävät niitä, voivat aiheuttaa haitallisia terveysvaikutuksia, kuten maksavaurioita ja hormonaalisia häiriöitä muuttuneen geenin ilmentymisen kautta. Onko vastaavia vaikutuksia laboratorion ulkopuolella tai onko ne laajentaneet elintarvikeketjua ihmisille, jotka syövät merieliöitä, ei tiedetä, mutta molemmat vaikuttavat täysin uskottavilta.

Eikä siinä vielä kaikki. Myös muovit ovat tunnettuja kasvihuonekaasujen osastossa. Karkeasti 8 prosenttia maailman vuosittain käytetystä öljystä menee suoraan muovin valmistukseen tai muovien valmistusprosessien tehostamiseen. Worldwatch-instituutin äskettäinen raportti.

”Vaikka ihmiset tuntisivat haluavansa käyttää vähemmän muovia kuin enemmän, asia on se, että muovit ovat nykyaikaisia ​​materiaaleja, jotka tekevät autoja kevyemmiksi, puhdistavat vettä ja lisäävät valtavasti hyötyä terveyden ja turvallisuuden sovelluksiin.” - Marc Hillmyer vain vähentää käyttöä? Ensinnäkin muovit ovat uskomattoman monipuolisia, ja ne täyttävät joustavuutta, kustannuksia ja muita parametreja, jotka korvaavat materiaalit olisi vaikea sovittaa yhteen. Sen lisäksi, että korvaavat materiaalit aiheuttavat omia haitallisia ympäristö-, sosiaali- ja terveysvaikutuksiaan.

”Vaikka ihmiset tuntevat haluavansa käyttää vähemmän muovia kuin enemmän, asia on se, että muovit ovat nykyaikaisia ​​materiaaleja, jotka tekevät autoja kevyemmiksi, puhdistavat vettä ja lisäävät valtavasti hyötyä terveyden ja turvallisuuden sovelluksiin,” sanoo Marc Hillmyer, johtaja Kestävien polymeerien keskus Minnesolin yliopistossa Minneapolisissa.

Toisin sanoen on olemassa vakavia syitä kestävämpiin vaihtoehtoihin tavanomaisille muoveille, nimittäin kasviperäisille muoveille. Tällaiset niin kutsutut bioplastiset aineet voivat hajota, mikä vähentää dramaattisesti riskiä, ​​että he joutuvat saastuttamaan maata tai merta. Ne vähentävät myös riippuvuuttamme fossiilisista polttoaineista ja vähentävät muovin hiilijalanjälkeä. Bioplastisiin aineisiin liittyvät kasvihuonekaasupäästöt ovat 26-prosenttiyksikköä pienemmät kuin perinteiseen muoviin liittyvät maissin ja öljypohjaisen muovin viimeinen elinkaarianalyysi Michigan State Universityn tutkijat.

Kehittyvät vaihtoehdot

Ei-öljypohjaisten hajoavien vaihtoehtojen löytäminen nykypäivän muoveille ei kuitenkaan ole helppoa. Muovia, joka on valmistettu maissista, sokeriruo'osta tai muista kasviperäisistä materiaaleista, ei välttämättä ole hajoava, ja huonontuminen tapahtuu, kun haluat sen olevan vaikeaa.

”Et halua, että muovipussi hajoaa käytön aikana”, Hillmyer sanoo. ”Toisaalta haluat, että se hajoaa nopeasti, kun se asetetaan toiseen ympäristöön.”

Vaikka kemisteillä on ollut vaikeuksia muotoilla uudelleen öljypohjaisia ​​muoveja siten, että ne voivat hajota, syntyy useita biopohjaisia ​​hajoavia vaihtoehtoja.

Näistä ja muista viimeaikaisista menestyksistä huolimatta biomuovit ovat edelleen pieni osa koko teollisuutta. Minnetonkaan Minnesotassa sijaitseva Natureworks on yksi maailman johtavista biomuovien valmistajista. Yhtiö valmistaa polymaitohappoa tai PLA: ta, biohajoavaa muovia, jonka se hankkii maissitärkkelyksestä, ja valmistaa laajan valikoiman kulutustuotteita - mukaan lukien kertakäyttöiset astiat, kupit ja pakkaukset -, jotka hajoavat käyttöikänsä lopussa. Yhtiön alkuperäinen tuotantolaitos Blairissa, Nebraskassa, tuli verkkoon vuonna 2002 ja pystyy tuottamaan 140,000 150,000 tonnia (XNUMX XNUMX tonnia) PLA: ta vuodessa. Yhtiö ilmoitti äskettäin suunnitelmistaan ​​avata toinen tehdas Kaakkois-Aasiaan, joka käyttää sokeriruokoa raaka-aineena.

Toinen johtava bioplastituotteiden valmistaja on Coca-Cola Company, joka 2009issa lanseerasi polyeteenitereftalaatista —PET - valmistetun juomapullon, joka sisältää jopa 30-prosenttisesti biopohjaista materiaalia. Pullot eivät ole hajoavia, mutta toisin kuin useimmat biopohjaiset muovit, ne voidaan kierrättää tavanomaisen PET: n, tavallisesti kierrätetyn muovin, kanssa. Koska 2009 yhtiö on tuottanut 35 miljardia alkuperäisen PlantBottles. Kesäkuussa 2015 julkisti uuden version, joka on 100-prosenttisesti biopohjainen.

Näistä ja muista viimeaikaisista menestyksistä huolimatta bioplastiset materiaalit ovat edelleen pieni osa koko teollisuutta. Materiaalit soveltuvat hyvin yksittäiskäyttöön tarkoitettuihin tuotteisiin, kuten lusikoihin ja pulloihin, joissa kuluttajat ovat valmiita maksamaan palkkion kestävämmistä tuotteista. Korkea kestävyys, vähemmän näkyvät sovellukset - esimerkiksi PVC: stä valmistetut vesiputket, joita käytetään yleisesti asuin- ja kaupallisissa putkistoissa - valmistetaan edelleen kokonaan perinteisestä muovista. Muovituotteiden osuus on alle 0.5-prosentin kaikista muovista, kuten Washingtonin DC-alan teollisuuskaupparyhmän mukaan.

Hallituksen sääntely johtaa kuitenkin bioplastisten aineiden käytön lisääntymiseen. 2014 Illinoisissa kiellettiin mikrohelmet, pienet muoviset hioma-aineet, joita yleisesti käytetään kasvojen kuorimissa, shampoossa ja hammastahnassa, ympäristön pilaantumisen vuoksi Suurten järvien alueella. Vähemmän kuin millimetrin halkaisijaltaan mikrohelmet ovat liian pieniä, jotta ne voidaan suodattaa jätevedenpuhdistusjärjestelmillä ja ne ovat löytyneet sekä makean veden että meren ympäristöissä.

Biologisesti hajoavista PHA: sta valmistettavia kulutustavaroita ovat pussit, astiat ja sähkökaapelitakit. Kuva: Metabolix.

Kun Metabolix on liittynyt Honeywellin kanssa maaliskuussa fyysisen mikrobangojen kiellon myötä, se tuottaa biohajoavan vaihtoehdon mikrohelmille. Kahden yrityksen kehittämä mikrohelmiä on valmistettu polyhydroksialkanoaatista tai PHA: sta. PLA. Kaksi yritystä kehittävät mikropallot tehdään fermentoimalla maissitärkkelystä, vaikka niitä voitaisiin valmistaa myös muusta kuin elintarviketuotannosta, kuten switchgrassista. PHA-mikrohelmet hajoavat hiilidioksidiksi ja vedeksi muutamassa kuukaudessa samalla nopeudella kuin selluloosa tai paperi, Peoples sanoo.

Alasivujen ympärillä

Kun lisäämme riippuvuutta muovista, joka on peräisin viljelystä, kuten maissi tai sokeriruoko, voisimme vahingossa ottaa käyttöön uusia ympäristöongelmia. Tuore tutkimus tutkimuksessa Cleaner Production todettiin maatalouden raaka-aineista tuotettuja bioplastisia aineita käyttää huomattavia määriä vettä, torjunta-aineita ja lannoitteita jotka voivat aiheuttaa ilman ja veden pilaantumista ja kilpailla maasta elintarvikkeiden viljelyyn.

Yhden mahdollisen tavan siirtyä kasvipohjaisten muovien alaspäin vähentäen kuitenkin riippuvuutta öljystä on käyttää CO₂ sen sijaan raaka-aineena. Novomer, New Yorkin Ithacassa sijaitsevan Cornellin yliopiston tutkimuksesta lähtenyt yritys, on kääntänyt jätteitä CO₂ etanolin tuotantolaitoksista muoviksi. Yritys valmistaa polyoleja - polymeerejä, joita käytetään joustavien vaahtojen valmistukseen patjoista, istuintyynyistä ja eristyksistä sekä erilaisista erikoispinnoitteista ja tiivisteistä.

”Jos patjasi olisi valmistettu materiaalistamme, se olisi noin 22-painoprosenttia hiilidioksidia”, sanoo Novomerin polymeerien johtaja Peter Shepard. "Se vie kasvihuonekaasun, joka on jätemateriaalia ja muuttuu arvokkaaksi tuotteeksi.

Tyypillisesti CO₂ on liian inertti reagoida muiden yhdisteiden kanssa, mikä vaikeuttaa sen käyttöä muovissa tai muissa sovelluksissa. Geoffrey Coates, kemianprofessori Cornellin yliopistossa Ithacassa ja Novomerin perustaja, kehitti katalyytin, joka lisäsi CO: n reaktiivisuutta.₂ samanaikaisesti hidastamalla toisen avaimen polyolikomponentin reaktiivisuutta, mikä helpottaa CO: n sisällyttämistä₂ saatuun polymeeriin.

"Se on kuin jos sinulla on lapsia, ja annat heille pizzaa ja parsakaalia ja kerrot heille joka kerta, kun otat pizzaa, sinun täytyy ottaa harjaksi parsakaalia", sanoo Coates, joka on myös kestävien polymeerien keskuksen jäsen .

Bioplastien suurin haaste on se, että ne kilpailevat tavanomaisia ​​muoveja vastaan, uskomattoman edullisia materiaaleja, jotka on hiottu viimeisten 60-vuosien ajan, Scheer sanoo. Novomerin valmistamat polyolit ovat hajoavia, mutta menettävät hajoavuutensa yhdistettynä öljypohjaisiin kemikaaleihin. vaahto.

Vaikka yhtiö keskittyy parhaillaan vaahtojen ja tiivisteiden valmistamiseen, Shepard sanoo Novomerin CO₂polymeerien avulla voitaisiin tehdä hajoavia muoveja CO: lla₂ sisältö on yhtä suuri kuin 50 prosenttia.

Suurin haaste

Viime vuosien voimakkaasta kasvusta huolimatta jotkut sanovat, että bioplastit eivät ole täyttäneet potentiaaliaan.

”Bioplastiteollisuudella ei ole pystytty luomaan hinnoittelun kannalta tarpeeksi houkuttelevia polymeerejä ja ominaisuuksia, jotka tekevät maailmasta halukkaan muuttumaan”, kertoo entinen johtava bioplastisten tuotteiden yritys Cereplastin entinen toimitusjohtaja Frederick Scheer joka ilmoitti konkurssiin 2014issa.

Bioplastien suurin haaste on se, että ne kilpailevat tavanomaisia ​​muoveja vastaan, uskomattoman edullisia materiaaleja, jotka on hiottu viimeisten 60-vuosien ajan, Scheer sanoo.

”Ihmiset ovat jonkin verran tietoisia öljypohjaisten materiaalien ympäristövaikutuksista, jotka eivät hajoa, mutta he eivät halua käyttää ylimääräisiä dollareita työntämään [uusia] materiaaleja”, hän sanoo.

Kilpailu öljypohjaisen muovin kanssa on lisääntynyt vain viime vuoden aikana, koska öljyn hinta on laskenut puoleen. ”Jotta olisimme kilpailukykyisiä perinteisten öljypohjaisten materiaalien kanssa, öljyn hinta oli noin $ 130, $ 140 barrel”, Scheer sanoo. "On selvää, että $ 50: ssa tynnyri on kaukana kyvystä kilpailla."

Scheer sanoo, että kyky tehdä kaikki maailman muovit muusta kuin öljyn lähteestä on olemassa, mutta se edellyttäisi huomattavaa valtion tukea. "Sitä on ohjattava sääntely, joka pakottaa muovin kustannukset ja öljyn kustannukset olemaan huomattavasti korkeammat kuin nyt", hän sanoo.

Polyeteenikilpailija?

Jos kestävät muovit, jotka vähentävät riippuvuuttamme fossiilisista polttoaineista ja heikkenevät niiden käyttöiän päätyttyä, menevät valtavirtaan, niiden on pystyttävä käyttämään paitsi mikrohelmiä, vaahtoa ja muita erikoissovelluksia, myös kestomuoveja - matala -kulut, muovattavat polymeerit, jotka muodostavat yli 80 prosenttia sadoista miljoonista tonnista joka vuosi tuotettua muovia.

Coates työskentelee parhaillaan uudella biopolymeerillä, jonka ominaisuudet ovat verrattavissa tai ehkä paremmin kuin polyeteeni, joka on laajimmin tuotettu termoplastia, jota käytetään kaikkeen roskakorista vesipulloihin muovileluihin.

Jopa ohut polyeteenikerros on uskomattoman vahva, esimerkiksi lähettämällä kirjekuoria, jotka ovat lähes mahdotonta avata ilman saksia tai maitokannuja, jotka eivät hajoa lattialle pudottamalla. ”Suurin osa tästä johtuu siitä, että se on puolikiteinen materiaali”, Coates sanoo. "[Polymeeri] -ketjut pakkaavat toisiaan hyvin tiukasti ja tiiviisti, että ne antavat melko vaikuttavia ominaisuuksia."

Jonkin sisällä 2014 - tutkimus julkaistiin Journal of American Chemical SocietyCoates ja kollegat Cornellissa kuvailivat uutta materiaalia, jossa on puolikiteinen rakenne, joka on valmistettu sokerialan raaka-aineesta ja jolla on samanlaiset ominaisuudet kuin polyeteenille, mutta se pystyy paremmin hajottamaan sen käyttöiän lopussa.

"Se ei tapahdu yön yli, mutta mielestäni on olemassa tiettyjä myönteisiä [viitteitä siitä, että se voisi olla todellinen kilpailija muovista, kuten polyeteenistä," Hillmyer sanoo.

Uutta materiaalia, joka tunnetaan poly (polypropyleenisukkinaattina), ei ole testattu sen selvittämiseksi, kuinka nopeasti se hajoaa kaatopaikalla tai meriympäristössä. Koostumuksensa mukaan Coates sanoo, että sen pitäisi alkaa hajota vedessä useiden kuukausien jälkeen, jolloin aika ylittäisi useimpien kertakäyttöisten tuotteiden käyttöiän. Poly (polypropyleenisukkinaatti) hajoaa propyleeniglykoliksi ja meripihkahappo-myrkyttömiksi materiaaleiksi, jotka vähenevät edelleen CO: ksi₂ ja vesi, kun mikrobit nauttivat.

”Jos sinun olisi pitänyt syödä polymeerin hajoamistuotteita, nämä olisivat niitä, joita haluat,” Coates sanoo.

On epätodennäköistä, että poly (polypropyleenisukkinaatti) ei koskaan maksa pound-for-pound -perusteelta vähemmän kuin tavanomainen polyeteeni, mutta sen ainutlaatuinen kiteinen rakenne viittaa siihen, että se voisi toimia paremmin kuin sen öljy-vasta-aine. Jos näin on, bioplastisten tuotteiden valmistajat voivat joskus kilpailla nykypäivän muoviteollisuuden kanssa tekemällä maidokannuista huomattavasti vähemmän materiaalia kuin öljypohjaiset muovit.

Ylhäällä taistelu

Puuttumatta valtioneuvoston määräyksistä, jotka asettavat hinnan hiilelle tai vaativat kaikkien muovien hajoamista, bioplastien on löydettävä keinoja kilpailla perinteisistä muoveista, jos ne täyttävät enemmän kuin kapeita sovelluksia.

Se on ylämäkeen taistelu - mutta toinen kerran kapealla tuotteella, aurinkopaneelilla, on yhä enemmän.

2007: ssa aurinkovoima oli alle 0.1 prosenttia Yhdysvaltain sähköntuotannosta. Näkyvyyden ja innovaation ansiosta aurinkosähkömoduulien hinta on laskenut 4-dollarista Wattia kohti US $ 0.50 / wattia, jolloin aurinko on nopeimmin kasvava sähkön lähde maassa.

Voisiko bioplastisten työntekijöiden nähdä samanlainen merimuutos? Loppujen lopuksi paljon todennäköisesti ajaa paitsi kuinka hyvin niiden tuotteet hajoavat, mutta kuinka paljon he voivat hajottaa tavanomaisen muovin kilpailuetua.

Author

Phil McKenna on freelance-kirjailija, joka on kiinnostunut kiehtovien yksilöiden ja kiehtovien ideoiden lähentymisestä. Hän kirjoittaa pääasiassa energiasta ja ympäristöstä keskittyen uutisten takana oleviin henkilöihin. Hänen työnsä näkyy - New York Times, Smithsonian, WIRED, Audubon, New Scientist, Teknologiakatsaus, MATTER ja NOVA, jossa hän on avustava toimittaja.

Tämä artikkeli on alun perin ilmestynyt Ensia

Aiheeseen liittyvä kirja:

at

Kiitos käynnistä InnerSelf.com, missä niitä on 20,000+ elämää muuttavat artikkelit, joissa mainostetaan "Uusia asenteita ja uusia mahdollisuuksia". Kaikki artikkelit on käännetty kielelle Yli 30 kieltä. Tilaa viikoittain ilmestyvälle InnerSelf Magazinelle ja Marie T Russellin Daily Inspirationille. InnerSelf-lehti on julkaistu vuodesta 1985.