Pravdu o bioplastics

bioplasty jsou často nabízeny jako ekologické, ale žijí až do humbuk?

svět od 50. let vyrobil přes devět miliard tun plastů., 165 milionů tun zničilo náš oceán, přičemž každý rok vstupuje do oceánů téměř 9 milionů tun. Od té doby jen asi 9 procent z plastu dostane recyklovány, hodně ze zbytku znečišťuje prostředí nebo sedí na skládkách, kde to může trvat až 500 let se rozkládají při vyplavování toxických látek do půdy.

tradiční plast je vyroben ze surovin na bázi ropy. Někteří říkají, že bioplasty-vyrobené z 20 procent nebo více obnovitelných materiálů-by mohly být řešením znečištění plastů., Často citované výhody bioplastu jsou snížené využití zdrojů fosilních paliv, menší uhlíková stopa a rychlejší rozklad. Bioplast je také méně toxický a neobsahuje bisfenol A (BPA), hormonální disrupter, který se často vyskytuje v tradičních plastech.

Kartik Chandran, profesor v Zemi a Inženýrství Životního prostředí Katedra na Kolumbijské Univerzitě, který pracuje na bioplasty, se domnívá, že ve srovnání s tradičními plasty, „bioplastics jsou významné zlepšení.,“

ukazuje se však, že bioplasty ještě nejsou stříbrnou kulkou našeho plastického problému.

jak biologicky rozložitelné jsou bioplasty?

vzhledem k tomu, že při mluvení o bioplastech je často zmatek, nejprve si ujasněme některé pojmy.

• rozložitelný-veškerý plast je odbouratelný, dokonce i tradiční plast, ale jen proto, že může být rozdělen na drobné úlomky nebo prášek, neznamená, že se materiály někdy vrátí do přírody. Některé přísady do tradičních plastů způsobují, že se rychleji rozkládají., Fotodegradabilní plast se rozkládá snadněji na slunci; OXO-rozložitelný plast se rychleji rozpadá, když je vystaven teplu a světlu.
• biologicky odbouratelný-biologicky rozložitelný plast lze za správných podmínek zcela rozdělit na vodu, oxid uhličitý a kompost mikroorganismy. „Biologicky rozložitelný“ znamená, že k rozkladu dochází v týdnech až měsících. Bioplasty, které nejsou biologicky rozložitelné, které se rychle nazývají „trvanlivé“, a některé bioplasty vyrobené z biomasy, které nelze snadno rozložit mikroorganismy, jsou považovány za biologicky odbouratelné.,
• kompostovatelný – kompostovatelný plast se biodegraduje v místě kompostu. Mikroorganismy rozdělit jej na oxid uhličitý, vodu, anorganické sloučeniny a biomasy ve stejné výši, jako jiné organické materiály v kompostu, takže žádné toxické zbytky.

Typy a Energetiku

Bioplastics jsou v současné době používány v jednorázových položek, jako jsou obaly, kontejnery, brčka, tašky a láhve, a v non-jednorázové koberce, plastové potrubí, telefon nábojnice, 3-D tisk, auto, izolace a lékařské implantáty., Globální bioplast trhu vzroste ze 17 miliard $v letošním roce na téměř 44 miliard dolarů v roce 2022.

existují dva hlavní typy bioplastů.

PLA (kyselina polyaktová) se obvykle vyrábí z cukrů v kukuřičném škrobu, kasavě nebo cukrové třtině. Je biologicky rozložitelný, uhlíkově neutrální a jedlý. Pro přeměnu kukuřice na plast jsou kukuřičná jádra ponořena do oxidu siřičitého a horké vody, kde se její složky rozkládají na škrob, bílkoviny a vlákninu. Jádra se pak rozemele a kukuřičný olej se oddělí od škrobu., Škrob se skládá z dlouhých řetězců molekul uhlíku, podobně jako uhlíkové řetězce v plastu z fosilních paliv. Některé kyseliny citronové jsou smíchány za vzniku polymeru s dlouhým řetězcem (velká molekula sestávající z opakování menších jednotek), který je stavebním kamenem pro plast. PLA může vypadat a chovat se jako polyethylen (používaný v plastových fóliích, obalech a lahvích), polystyren (polystyren a plastové příbory) nebo polypropylen (obaly, autodíly, Textil). Společnost Natureworks se sídlem v Minnesotě je jednou z největších společností vyrábějících PLA pod značkou Ingeo.,

PHA (polyhydroxyalkanoát) je vyroben mikroorganismy, někdy geneticky upravenými, které produkují plast z organických materiálů. Mikroby jsou zbaveny živin, jako je dusík, kyslík a fosfor, ale vzhledem k vysokým hladinám uhlíku. Produkují Pha jako zásoby uhlíku, které uchovávají v granulích, dokud nemají více dalších živin, které potřebují k růstu a reprodukci. Společnosti pak mohou sklízet mikrobiální PHA, která má chemickou strukturu podobnou struktuře tradičních plastů., Protože je biologicky rozložitelný a nepoškozuje živou tkáň, PHA se často používá pro lékařské aplikace, jako jsou stehy, popruhy, kostní desky a náhražky kůže; používá se také pro jednorázové balení potravin.

Vedlejší Účinky Bioplast Produkce

Zatímco bioplastics jsou obecně považovány za ekologicky šetrnější, než tradiční plasty, 2010 studie z University of Pittsburgh zjistili, že to nemusí být nutně pravda, když materiály životních cyklů byly vzaty v úvahu.,

studie porovnávala sedm tradičních plastů, čtyři bioplasty a jednu vyrobenou jak z fosilních paliv, tak z obnovitelných zdrojů. Vědci zjistili, že výroba bioplastů vedla k většímu množství znečišťujících látek v důsledku hnojiv a pesticidů používaných při pěstování plodin a chemického zpracování potřebného k přeměně organického materiálu na plast. Bioplasty také přispěly více k vyčerpání ozonu než tradiční plasty a vyžadovaly rozsáhlé využití půdy., B-PET, hybridní plasty, bylo zjištěno, že mají nejvyšší potenciál pro toxické účinky na ekosystémy a většina karcinogenů, a zaznamenal nejhorší v analýze životního cyklu, protože to v kombinaci negativních dopadů zemědělství a chemické zpracování.

bioplasty produkují během své životnosti výrazně méně emisí skleníkových plynů než tradiční plasty. Neexistuje žádný čistý nárůst oxidu uhličitého, když se rozkládají, protože rostliny, které bioplasty jsou vyrobeny z absorbovat stejné množství oxidu uhličitého, jak rostou., Studie z roku 2017 určila, že přechod z tradičního plastu na PLA na bázi kukuřice by snížil emise skleníkových plynů v USA o 25 procent. Studie také dospěla k závěru, že pokud tradiční plasty byly vyrobeny pomocí obnovitelných zdrojů energie, emise skleníkových plynů by mohla být snížena o 50 až 75 procent; nicméně, bioplastů, které by mohly v budoucnu vyrábět z obnovitelných zdrojů energie ukázala, že většina slíbit, že pro podstatné snížení emisí skleníkových plynů.,

Další Problémy,

Zatímco biologické rozložitelnosti bioplastů je výhoda, nejvíce potřebují vysoké teploty průmyslových kompostovacích zařízeních rozebrat a jen velmi málo měst infrastruktury potřebné, aby se s nimi vypořádat. Výsledkem je, že bioplasty často končí na skládkách, kde bez kyslíku mohou uvolňovat metan, skleníkový plyn 23krát účinnější než oxid uhličitý.

pokud nejsou bioplasty řádně zlikvidovány, mohou kontaminovat šarže recyklovaného plastu a poškodit recyklační infrastrukturu., Pokud Bioplast kontaminuje recyklovaný PET (polyethylentereftalát, nejběžnější plast, používaný pro lahve s vodou a sodou), například celá šarže může být odmítnuta a skončí na skládce. Takže oddělené recyklační proudy jsou nezbytné, aby bylo možné bioplasty řádně zlikvidovat.

Na zemi nutná pro bioplasty soutěží s produkcí potravin, protože plodiny, které produkují bioplasty mohou být také použity ke krmení lidí. Koalice Plastic Pollution, která má uspokojit rostoucí celosvětovou poptávku po bioplastech, více než 3.,K pěstování plodin do roku 2019 budou zapotřebí 4 miliony akrů půdy—plocha větší než Belgie, Nizozemsko a Dánsko dohromady. Kromě toho ropa používaná k provozování zemědělských strojů produkuje emise skleníkových plynů.

Bioplastics jsou také poměrně drahé; PLA může být 20 až 50 procent dražší než srovnatelné materiály, protože komplexní proces používaný pro převod kukuřice nebo cukrové třtiny do stavebních bloků pro PLA. Ceny však klesají, protože vědci a společnosti vyvíjejí účinnější a ekologičtější strategie pro výrobu bioplastů.,

od odpadních vod po Bioplast

studenti Kartik Chandran a Columbia vyvíjejí systémy pro výrobu biologicky rozložitelných bioplastů z odpadních vod a pevného odpadu. Chandran používá smíšenou mikrobiální komunitu, která se živí uhlíkem ve formě těkavých mastných kyselin, jako je kyselina octová nalezená v octě.

jeho systém funguje tak, že přivádí odpadní vodu do bioreaktoru. Uvnitř mikroorganismy (odlišné od bakterií produkujících plast) přeměňují organický uhlík odpadu na těkavé mastné kyseliny., Odtok je pak odeslán do druhého bioreaktoru, kde se mikroby produkující plast živí těkavými mastnými kyselinami. Tyto mikroby jsou neustále podrobovány fázím svátku, po nichž následují fáze hladomoru, během nichž ukládají molekuly uhlíku jako PHA.

Chandran experimentuje s více koncentrované toky odpadů, jako například potravinový odpad a pevný lidský odpad, k produkci těkavých mastných kyselin efektivněji. Cílem jeho výzkumu je jak maximalizovat produkci PHA, tak integrovat odpad do procesu. „Chceme zmáčknout co nejvíce,“ řekl Chandran.,

věří, že jeho integrovaný systém by byl nákladově efektivnější než metody, které se v současné době používají k výrobě bioplastů, které zahrnují nákup cukrů pro výrobu PHA. „Pokud jste integrovat čištění odpadních vod nebo řešení potravinového odpadu, problémy s bioplast výroby, pak to je docela příznivé ,“ řekl Chandran. „Protože kdybychom se zvětšili a šli do komerčního režimu, dostali bychom zaplaceno za odvoz potravinového odpadu a pak bychom dostali zaplaceno za výrobu bioplastů.,“Chandran doufá, že smyčku uzavře, takže jednoho dne budou odpadní produkty rutinně sloužit jako zdroj, který lze převést na užitečné produkty, jako je Bioplast.

Další Slibné Alternativy,

celý Cyklus Bioplastics v Kalifornii je také produkovat PHA z organické odpady, např. potravinářské odpady, rostlinné zbytky, jako jsou stonky a nepoživatelné, listí, zahradní odpad, a unrecycled papíru nebo lepenky., Používá k výrobě pytlů, kontejnerů, příbory, vody a šampon lahve, to je kompostovatelný bioplast, mořské rozložitelné (to znamená, že pokud skončí v oceánu, to může sloužit jako ryby nebo bakterie, jídlo) a nemá žádné toxické účinky. Celý cyklus může zpracovat PHA na konci své životnosti a použít ji k výrobě panenského plastu znovu.

Pennsylvania-based Renmatix využívá dřevitou biomasu, energetické trávy a zbytky plodin místo nákladnějších potravinářských plodin., Jeho technologie odděluje cukry od biomasy pomocí vody a tepla namísto kyselin, rozpouštědel nebo enzymů v poměrně čistém, rychlém a levném procesu. Cukry i lignin z biomasy se pak používají jako stavební kameny pro bioplasty a další bioprodukty.

na Michiganské státní univerzitě se vědci snaží snížit výrobní náklady na Bioplast pomocí cyanobakterií, známých také jako modrozelené řasy, které používají sluneční světlo k výrobě chemických sloučenin prostřednictvím fotosyntézy., Místo toho, aby krmení jejich plastové-produkující bakterie, cukry z kukuřice nebo cukrové třtiny, tito vědci vylepšil cyanos neustále vylučovat cukr, který se přirozeně produkují. Bakterie produkující plast pak konzumují cukr produkovaný cyanosem, které jsou opakovaně použitelné.

vědci Stanfordské univerzity a Kalifornské spouštěcí Mango materiály přeměňují metanový plyn z čistíren odpadních vod nebo skládek na Bioplast. Metan je přiváděn do bakterií produkujících plasty, které jej přeměňují na PHA, kterou společnost prodává výrobcům plastů., Používá se pro plastové uzávěry, šamponové lahve nebo biopolyesterová vlákna, která lze kombinovat s přírodními materiály pro oděvy. Bioplast se biodegraduje zpět do metanu, a pokud dosáhne oceánu, může být přirozeně tráven mořskými mikroorganismy.

Centra pro Udržitelné Technologie na University of Bath v Anglii dělá z polykarbonátu cukry a oxid uhličitý pro použití v lahvích, čočky a nátěry pro telefony a Dvd. Tradiční polykarbonátový plast je vyroben z BPA (zakázáno používat v dětských lahvích) a toxického chemického fosgenu., Vědci v lázni našli levnější a bezpečnější způsob, jak to udělat přidáním oxidu uhličitého do cukrů při pokojové teplotě. Půdní bakterie mohou Bioplast rozdělit na oxid uhličitý a cukr.

a pak existují ty, které vyvíjejí inovativní způsoby, jak zcela nahradit plast. Japonská designová společnost AMAM vyrábí obalové materiály vyrobené z agaru v červených mořských řasách. AMERICKÉ Ministerstvo Zemědělství je rozvoj biologicky rozložitelné a jedlé film z mléčné bílkoviny kaseinu zabalit jídlo; to je 500 krát lepší udržet jídlo čerstvé, než tradiční plastové fólie., A New York-založené Ecovative využívá mycelium, vegetativní větvení část houbou, aby Houba Materiálů, biologicky rozložitelný obalový materiál, dlaždice, květináče a další.

Právě teď, je těžké tvrdit, že bioplasty jsou šetrnější k životnímu prostředí než tradiční plasty, když všechny aspekty jejich životního cyklu jsou považovány: využívání půdy, pesticidy a herbicidy, spotřebu energie, vody, emise skleníkových plynů a emise metanu, biologická rozložitelnost, recyklovatelnost a další., Ale jak vědci po celém světě pracují na vývoji zelenějších odrůd a efektivnějších výrobních procesů, bioplasty slibují, že pomohou snížit znečištění plastů a snížit naši uhlíkovou stopu.