Sandheden om bioplast

posted in: Articles | 0
14 December 2017

af Renee Cho , Earth Institute, Columbia University

Bionedbrydeligt bioplastic fremstillet af stivelse. Kredit: Commonsikimedia Commons

bioplast er ofte udråbt som værende miljøvenlige, men lever de op til hype?

verden har produceret over ni milliarder tons plast siden 1950 ‘ erne., 165 millioner tons af det har smadret vores hav, med næsten 9 millioner flere tons ind i oceanerne hvert år. 9 procent af plast bliver genanvendt, forurener meget af resten miljøet eller sidder på deponeringsanlæg, hvor det kan tage op til 500 år at nedbrydes, mens der udvaskes giftige kemikalier i jorden.

traditionel plast er fremstillet af oliebaserede råmaterialer. Nogle siger, at bioplast-fremstillet af 20 procent eller mere af vedvarende materialer-kan være løsningen på plastforurening., De ofte citerede fordele ved bioplast er reduceret brug af fossile brændstofressourcer, et mindre kulstofaftryk og hurtigere nedbrydning. Bioplastisk er også mindre giftig og indeholder ikke bisphenol A (BPA), en hormonforstyrrende, der ofte findes i traditionel plast.Kartik Chandran, professor i Earth and Environmental Engineering Department ved Columbia University, der arbejder med bioplast, mener, at sammenlignet med traditionel plast er “bioplast en betydelig forbedring.,”

det viser sig imidlertid, at bioplast endnu ikke er sølvkuglen til vores plastproblem.

hvor biologisk nedbrydelige er bioplast?

da der ofte er forvirring, når vi taler om bioplastik, lad os først afklare nogle udtryk.

  • nedbrydelig – al plast er nedbrydelig, selv traditionel plast, men bare fordi det kan opdeles i små fragmenter eller pulver betyder ikke, at materialerne nogensinde vil vende tilbage til naturen. Nogle tilsætningsstoffer til traditionel plast gør dem nedbrydes hurtigere., Fotodegraderbar plast nedbrydes lettere i sollys; o .o-nedbrydelig plast opløses hurtigere, når den udsættes for varme og lys.
  • bionedbrydeligt-bionedbrydeligt plast kan nedbrydes fuldstændigt i vand, kuldio .id og kompost af mikroorganismer under de rigtige forhold. “Bionedbrydeligt” indebærer, at nedbrydningen sker i uger til måneder. Bioplast, der ikke nedbrydes biologisk, der hurtigt kaldes “holdbart”, og nogle bioplast fremstillet af biomasse, der ikke let kan nedbrydes af mikroorganismer, betragtes som ikke-bionedbrydelige.,
  • komposterbar-komposterbar plast nedbrydes biologisk på et kompoststed. Mikroorganismer bryder det ned i kuldio .id, vand, uorganiske forbindelser og biomasse i samme hastighed som andre organiske materialer i kompostbunken, hvilket efterlader ingen giftig rest.

Typer af Bioplastic

Bioplast er i øjeblikket anvendes i den disponible emner som emballage, beholdere, sugerør, poser og flasker, og i ikke-disponible tæppe, plast rør, telefon tarme, 3-D print, bil isolering og medicinske implantater., Det globale bioplastiske marked forventes at vokse fra 17 milliarder dollars i år til næsten 44 milliarder dollars i 2022.

Der er to hovedtyper af bioplast.

PLA (polyactic acid) fremstilles typisk af sukkeret i majsstivelse, cassava eller sukkerrør. Det er biologisk nedbrydeligt, kulstofneutralt og spiseligt. For at omdanne majs til plast nedsænkes majskerner i svovldio .id og varmt vand, hvor dets komponenter nedbrydes til stivelse, protein og fiber. Kernerne formales derefter, og majsolien adskilles fra stivelsen., Stivelsen består af lange kæder af kulstofmolekyler, svarende til kulstofkæderne i plast fra fossile brændstoffer. Nogle citronsyrer blandes til dannelse af en langkædet polymer (et stort molekyle bestående af gentagende mindre enheder), der er byggestenen til plast. PLA kan se ud og opføre sig som polyethylen (bruges i plastfolier, pakning og flasker), polystyren (Styrofoam og plastbestik) eller polypropylen (emballage, auto dele, tekstiler). Minnesota-baserede Nature .orks er en af de største virksomheder, der producerer PLA under varemærket Ingeo.,

PHA (polyhydro .yalkanoat) fremstilles af mikroorganismer, undertiden genetisk manipuleret, der producerer plast fra organiske materialer. Mikroberne er berøvet næringsstoffer som nitrogen, ilt og fosfor, men givet høje niveauer af kulstof. De producerer PHA som kulstofreserver, som de opbevarer i granulater, indtil de har flere af de andre næringsstoffer, de har brug for for at vokse og reproducere. Virksomheder kan derefter høste den mikrobe-fremstillede PHA, som har en kemisk struktur, der ligner den traditionelle plast., Fordi det er biologisk nedbrydeligt og ikke vil skade levende væv, bruges PHA ofte til medicinske anvendelser såsom suturer, slynger, knogleplader og huderstatninger; det bruges også til engangsemballage til fødevarer.

Bivirkninger af Bioplastic Produktion

Mens bioplast er generelt anses for at være mere miljøvenlig end traditionel plast, en 2010 undersøgelse fra University of Pittsburgh fandt, var ikke nødvendigvis sandt, når materialernes livscyklus blev taget i betragtning.,

undersøgelsen sammenlignede syv traditionelle plastmaterialer, fire bioplast og en fremstillet af både fossilt brændstof og vedvarende kilder. Forskerne fastslog, at bioplastproduktion resulterede i større mængder forurenende stoffer på grund af gødning og pesticider, der blev brugt til dyrkning af afgrøderne og den kemiske forarbejdning, der var nødvendig for at omdanne organisk materiale til plast. Bioplast bidrog også mere til O .onnedbrydning end den traditionelle plast, og krævede omfattende arealanvendelse., B-PET, hybrid plast, blev fundet til at have det største potentiale for toksiske effekter på økosystemer og de mest kræftfremkaldende stoffer, og fået den værste i livscyklus-analyse, fordi det kombinerede de negative virkninger af både landbrug og kemisk behandling.

bioplast producerer betydeligt færre drivhusgasemissioner end traditionel plast i løbet af deres levetid. Der er ingen netto stigning i kuldioxid, når de bryder ned, fordi de planter, der bioplast er lavet af absorberes den samme mængde kuldioxid, som de voksede., En 2017-undersøgelse fastslog, at skift fra traditionel plast til majsbaseret PLA ville reducere de amerikanske drivhusgasemissioner med 25 procent. Undersøgelsen konkluderede også, at hvis traditionelle plast blev produceret ved hjælp af vedvarende energikilder, drivhusgasemissionerne kunne reduceres fra 50 til 75 procent; men bioplast, der måske i fremtiden blive produceret med vedvarende energi, viste de mest lovende for en væsentlig reduktion af drivhusgasemissioner.,

andre problemer

selvom bioplasts bionedbrydelighed er en fordel, har de fleste brug for industrielle komposteringsfaciliteter med høj temperatur for at nedbryde, og meget få byer har den nødvendige infrastruktur til at håndtere dem. Som et resultat ender bioplast ofte på deponeringsanlæg, hvor de, frataget ilt, kan frigive metan, en drivhusgas 23 gange mere potent end kuldio .id.

når bioplast ikke kasseres korrekt, kan de forurene partier af genanvendt plast og skade genbrugsinfrastrukturen., Hvis bioplastisk forurener genanvendt PET (polyethylenterephthalat, den mest almindelige plast, der bruges til vand-og sodavlasker), for eksempel, kunne hele partiet afvises og ende i en losseplads. Så separate genvindingsstrømme er nødvendige for at kunne kassere bioplast korrekt.

det areal, der kræves til bioplast, konkurrerer med fødevareproduktion, fordi de afgrøder, der producerer bioplast, også kan bruges til at fodre mennesker. Plastic Pollution Coalition projekter, der for at imødekomme den voksende globale efterspørgsel efter bioplast, mere end 3.,4 millioner hektar jord—et område større end Belgien, Holland og Danmark tilsammen—vil være nødvendigt for at dyrke afgrøderne inden 2019. Derudover producerer petroleum, der bruges til at køre landbrugsmaskinerne, drivhusgasemissioner.

Bioplast er også relativt dyre; PLA kan være 20 til 50 procent dyrere end tilsvarende materialer på grund af den komplekse proces, der anvendes til at konvertere majs eller sukkerrør til byggesten for PLA. Priserne falder dog, da forskere og virksomheder udvikler mere effektive og miljøvenlige strategier til produktion af bioplast.,

Fra Spildevand til Bioplastic

Kartik Chandran og Columbia studerende er ved at udvikle systemer til at producere bionedbrydeligt bioplastic fra spildevand og fast affald. Chandran bruger et blandet mikrobe samfund, der lever af kulstof i form af flygtige fedtsyrer, såsom eddikesyre, der findes i eddike.

hans system fungerer ved at fodre spildevand i en bioreaktor. Indvendigt omdanner mikroorganismer (adskilt fra de plastproducerende bakterier) affaldets organiske kulstof til flygtige fedtsyrer., Udstrømningen sendes derefter til en anden bioreaktor, hvor de plastproducerende mikrober lever af de flygtige fedtsyrer. Disse mikrober udsættes kontinuerligt for festfaser efterfulgt af hungersnødsfaser, hvor de opbevarer kulstofmolekylerne som PHA.Chandran eksperimenterer med mere koncentrerede affaldsstrømme, såsom madaffald og fast menneskeligt affald, for at producere de flygtige fedtsyrer mere effektivt. Fokus for hans forskning er både at maksimere PHA-produktionen og integrere affald i processen. “Vi vil presse så meget som vi kan,” sagde Chandran.,

han mener, at hans integrerede system ville være mere omkostningseffektivt end de metoder, der i øjeblikket bruges til at producere bioplast, der involverer køb af sukker til fremstilling af PHA. “Hvis du integrerer spildevandsrensning eller adresserer udfordringer med madaffald med bioplastisk produktion, er dette ganske gunstigt ,” sagde Chandran. “For hvis vi skulle skalere op og gå i kommerciel tilstand, ville vi få betalt for at tage madaffaldet væk, og så ville vi også få betalt for at lave bioplast.,”Chandran håber at lukke sløjfen, så affaldsprodukter en dag rutinemæssigt vil fungere som en ressource, der kan omdannes til nyttige produkter som bioplast.

Andre Lovende Alternativer

Fuld Cyklus Bioplast i Californien producerer også PHA fra organisk affald såsom madaffald, restprodukt som stilke og ikke-spiselige blade, have affald, og ikke-genanvendt papir eller pap., Brugt til at fremstille poser, containere, bestik, vand-og shampooflasker, er denne bioplast komposterbar, marine nedbrydelig (hvilket betyder, at hvis den ender i havet, kan den tjene som fisk eller bakterieføde) og har ingen toksiske virkninger. Fuld cyklus kan behandle PHA i slutningen af sit liv, og bruge det til at gøre jomfru plast igen.Pennsylvania-baserede Renmati.udnytter træagtig biomasse, energi græs og afgrøderester i stedet for dyrere fødevareafgrøder., Dens teknologi adskiller sukker fra biomassen ved hjælp af vand og varme i stedet for syrer, opløsningsmidler eller en .ymer i en relativt ren, hurtig og billig proces. Både sukker og lignin fra biomassen bruges derefter som byggesten til bioplast og andre bioprodukter.

På Michigan State University, forskere forsøger at nedbringe produktionsomkostningerne for bioplastic gennem brug af cyanobakterier, også kendt som blå-grønne alger, der bruger sollys til at producere kemiske forbindelser via fotosyntese., I stedet for at fodre deres plastproducerende bakteriesukker fra majs eller sukkerrør, justerede disse forskere cyanos for konstant at udskille det sukker, de naturligt producerer. De plastproducerende bakterier forbruger derefter det sukker, der produceres af cyanos, som kan genbruges.Stanford University forskere og Californien-baserede opstart Mango materialer omdanner metangas fra spildevandsrensningsanlæg eller deponeringsanlæg til bioplast. Metan fodres til plastproducerende bakterier, der omdanner den til PHA, som virksomheden sælger til plastproducenter., Den bruges til plastikhætter, shampooflasker eller biopolyesterfibre, der kan kombineres med naturlige materialer til tøj. Den bioplastiske vil bionedbrydes tilbage til metan, og hvis den når havet, kan fordøjes naturligt af marine mikroorganismer.

Center for Bæredygtige Teknologier ved University of Bath i England gør polycarbonat fra sukker og kuldioxid til brug i flasker, glas og belægninger til mobiltelefoner og Dvd ‘ er. Traditionel polycarbonatplast fremstilles ved hjælp af BPA (forbudt fra brug i babyflasker) og det giftige kemiske fosgen., Badforskerne har fundet en billigere og sikrere måde at gøre det ved at tilføje kuldio .id til sukkerne ved stuetemperatur. Jordbakterier kan bryde bioplasten ned i kuldio .id og sukker.

og så er der dem, der udvikler innovative måder at erstatte plast helt på. Det japanske designfirma AMAM producerer emballagematerialer fremstillet af agar i røde marine alger. Det amerikanske landbrugsministerium udvikler en biologisk nedbrydelig og spiselig film fra mælkeproteinet kasein til at pakke mad ind; det er 500 gange bedre til at holde mad frisk end traditionel plastfolie., Og Ne.York-baserede Ecovative bruger mycelium, den vegetative forgreningsdel af en svamp, til at fremstille Svampematerialer, til bionedbrydeligt emballagemateriale, fliser, plantageejere og mere.

lige nu er det svært at hævde, at bioplast er mere miljøvenlige end traditionel plast, når alle aspekter af deres livscyklus overvejes: arealanvendelse, pesticider og herbicider, energiforbrug, vandforbrug, drivhusgasemissioner og metanemissioner, bionedbrydelighed, genanvendelighed og mere., Men da forskere over hele verden arbejder for at udvikle grønnere sorter og mere effektive produktionsprocesser, holder bioplast løfte om at hjælpe med at mindske plastforurening og reducere vores kulstofaftryk.

mere information: i Daniel Posen et al. Drivhusgasreduktion til Amerikansk plastproduktion: energi først, råmaterialer senere, Environmental Research Letters (2017). DOI: 10.,1088/1748-9326/aa60a7

Tidende oplysninger: Environmental Research Letters

Fastsat af Earth Institute på Columbia University

Denne historie er genudgivet høflighed af Earth Institute på Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *