Ako môžu plasty prekvapivo pomôcť bojovať proti zmene klímy

Čo majú spoločné vaše auto, telefón, fľaša sódy a topánky? Všetci sú z veľkej časti vyrobené z ropy. Tento neobnoviteľný zdroj sa spracováva na všestranný súbor chemikálií nazývaných polyméry alebo častejšie plasty. Viac ako 5 miliárd litrov ropy sa každý rok premieňa na plasty.

Polyméry sú za mnohými dôležitými vynálezmi posledných desaťročí, ako napríklad 3D tlač. Takzvané „technické plasty“, ktoré sa používajú v aplikáciách od automobilového priemyslu až po stavebníctvo, majú vynikajúce vlastnosti a môžu dokonca pomôcť pri riešení problémov životného prostredia. Napríklad vďaka strojárskym plastom sú vozidlá teraz ľahšie, takže majú lepší kilometrový výkon. Ale ako rastie počet použití, tak aj dopyt po plastoch. Svet už vyprodukuje ročne viac ako 300 miliónov ton plastov. Počet by mohol byť šesťkrát vyšší ako v roku 2050.

Petroplasty nie sú v podstate tak zlé, ale sú to zmeškané príležitosti. Našťastie existuje alternatíva. Prechod z polymérov na báze ropy na polyméry, ktoré sú biologicky založené, by mohol každý rok znížiť emisie uhlíka o stovky miliónov ton. Polyméry na báze biomasy nie sú len obnoviteľné a šetrnejšie k životnému prostrediu, ale môžu mať skutočne priaznivý vplyv na zmenu klímy tým, že pôsobia ako zachytávač uhlíka. Ale nie všetky biopolyméry sú si rovné.

Degradovateľné bio-polyméry

Možno ste sa stretli s „bioplastmi“ predtým, najmä ako jednorazové riady - tieto plasty pochádzajú z rastlín namiesto oleja. Takéto biopolyméry sa vyrábajú privádzaním cukrov, najčastejšie z cukrovej trstiny, cukrovej repy alebo kukurice, do mikroorganizmov, ktoré produkujú prekurzorové molekuly, ktoré sa môžu čistiť a chemicky spájať dohromady za vzniku polymérov s rôznymi vlastnosťami.

Plasty pochádzajúce z rastlín sú pre životné prostredie lepšie z dvoch dôvodov. Po prvé, dochádza k dramatickému zníženiu energie potrebnej na výrobu plastov na báze rastlín - až o 80 percent. Zatiaľ čo každá tona plastov odvodených z ropy vytvára dva až tri tony CO₂, môže sa znížiť na približne 0,5 tony CO₂ na tonu biopolyméru a procesy sa zlepšujú.

Po druhé, plasty na báze rastlín môžu byť biologicky odbúrateľné, takže sa hromadia na skládkach.

Aj keď je to skvelé pre jednorazové jednorazové plastové vidličky na biologické odbúravanie, niekedy je dôležitá dlhšia životnosť - pravdepodobne by ste nechceli, aby sa prístrojová doska vášho vozidla pomaly časom zmenila na hromadu húb. Mnoho ďalších aplikácií vyžaduje rovnaký typ pružnosti, ako sú stavebné materiály, zdravotnícke pomôcky a domáce spotrebiče. Biologicky odbúrateľné biopolyméry tiež nie sú recyklovateľné, čo znamená, že viac rastlín sa musí pestovať a spracúvať neustále, aby sa uspokojil dopyt.

Bio-polyméry ako uhlíkové zásobníky

Plasty, bez ohľadu na zdroj, sú prevažne vyrobené z uhlíka - asi 80% hmotnosti. Zatiaľ čo plasty odvodené z ropy neuvoľňujú CO₂ tak, ako to robí spaľovanie fosílnych palív, tiež nepomáhajú izolovať akýkoľvek prebytok tejto plynnej znečisťujúcej látky - uhlík z kvapalného oleja sa jednoducho premieňa na pevné plasty.

Biopolyméry sú na druhej strane odvodené z rastlín, ktoré používajú fotosyntézu na premenu CO₂, vody a slnečného svetla na cukry. Keď sa tieto molekuly cukru premenia na biopolyméry, uhlík sa účinne uzamkne z atmosféry - pokiaľ nie sú biodegradované alebo spaľované. Aj keď sa biopolyméry dostanú na skládku, budú naďalej plniť úlohu ukladania uhlíka.

C02 je len asi 28 percent hmotnosti uhlíka, takže polyméry obsahujú obrovský rezervoár, v ktorom sa skladuje tento skleníkový plyn. Ak by súčasná svetová ročná dodávka približne 300 miliónov ton polymérov bola biologicky neodbúrateľná a biologicky odbúrateľná, znamenalo by to ekvivalent gigaton - miliarda ton - oddeleného CO₂, čo je približne 2,8% súčasných globálnych emisií. V nedávnej správe Medzivládny panel pre zmenu klímy načrtol zachytávanie, ukladanie a opätovné využívanie uhlíka ako kľúčovej stratégie na zmiernenie klimatických zmien; polyméry na biologickej báze by mohli predstavovať kľúčový príspevok až do 20% odstránenia CO₂ potrebného na obmedzenie globálneho otepľovania na 1,5 stupňa Celzia.

Trh nedegradovateľných biopolymérov

Súčasné stratégie sekvestrácie uhlíka, vrátane geologického ukladania, ktoré čerpajú CO₂, vyčerpávajú podzemné alebo regeneračné poľnohospodárstvo, ktoré ukladá viac uhlíka v pôde, silne sa opierajú o politiku, ktorá poháňa požadované výsledky.

Hoci ide o kritické mechanizmy na zmiernenie klimatických zmien, sekvestrácia uhlíka vo forme biopolymérov má potenciál využiť iného vodiča: peniaze.

Hospodárska súťaž založená len na cene bola pre biopolyméry náročná, ale prvé úspechy ukazujú cestu k väčšiemu prenikaniu. Jedným zaujímavým aspektom je schopnosť prístupu k novým chemickým látkam, ktoré sa v súčasnosti nenachádzajú v polyméroch odvodených z ropy.

Zvážte recyklovateľnosť. Niekoľko tradičných polymérov je skutočne recyklovateľných. Tieto materiály sú v skutočnosti najčastejšie downcyklované, čo znamená, že sú vhodné len pre aplikácie s nízkou hodnotou, ako sú stavebné materiály. Vďaka nástrojom genetického a enzýmového inžinierstva však môžu byť vlastnosti ako úplná recyklovateľnosť - čo umožňuje opakované použitie materiálu pre tú istú aplikáciu - už od začiatku navrhnuté do biopolymérov.

Biopolyméry sú dnes vo veľkej miere založené na prírodných fermentačných produktoch určitých druhov baktérií, ako je napríklad produkcia kyseliny mliečnej - Lactobacillus - rovnaký produkt, ktorý poskytuje kyslosť piva v kyslom pive. Aj keď tieto predstavujú dobrý prvý krok, nové výskumy naznačujú, že skutočná všestrannosť biopolymérov by sa mala v najbližších rokoch uvoľniť. Vďaka modernej schopnosti inžinierstva proteínov a modifikácii DNA je teraz k dispozícii vlastný dizajn prekurzorov biopolymérov. S ním sa stáva svetom nových polymérov - materiálov, v ktorých budú dnešné CO₂ sídliť v užitočnejšej, hodnotnejšej forme.

Aby bol tento sen realizovaný, je potrebný ďalší výskum. Zatiaľ čo prvé príklady sú tu dnes - ako čiastočne biologicky založená Coca-Cola PlantBottle - bioinžinierstvo potrebné na dosiahnutie mnohých najsľubnejších nových biopolymérov je stále vo fáze výskumu - ako obnoviteľná alternatíva k uhlíkovým vláknam, ktorá by sa mohla použiť vo všetkom od bicyklov až po lopatky veterných turbín.

Vládne politiky podporujúce sekvestráciu uhlíka by tiež pomohli pri osvojení. Vďaka tomuto druhu podpory je možné významné využívanie biopolymérov ako úložiska uhlíka už v najbližších piatich rokoch - čo je časový harmonogram, ktorý môže významne prispieť k riešeniu klimatickej krízy.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation od Josepha Rollina a Jenny E. Gallegos. Prečítajte si pôvodný článok.