Az igazságot bioplastics

a Bioplasztikákat gyakran környezetbarátnak tartják, de élnek-e a hype-vel?

a világ több mint kilenc milliárd tonna műanyagot termelt az 1950-es évek óta., 165 millió tonna tönkretette az óceánunkat, évente csaknem 9 millió tonna lép be az óceánokba. Mivel a műanyagnak csak körülbelül 9% – A kerül újrahasznosításra, a többi nagy része szennyezi a környezetet, vagy hulladéklerakókban ül, ahol akár 500 évig is eltarthat a bomlás, miközben a mérgező vegyi anyagokat a talajba ürítik.

a hagyományos műanyag kőolajalapú nyersanyagokból készül. Egyesek szerint a műanyagszennyezés megoldása lehet A bioplasztika—amely a megújuló anyagok legalább 20%—át teszi ki., A bioplasztikus anyagok gyakran idézett előnyei a fosszilis tüzelőanyagok csökkentett felhasználása, a kisebb szénlábnyom és a gyorsabb bomlás. A bioplasztikus anyag szintén kevésbé mérgező, nem tartalmaz Biszfenol A-t (BPA), egy hormonbontót, amely gyakran megtalálható a hagyományos műanyagokban.

Kartik Chandran, a Columbia Egyetem Föld-és Környezetmérnöki Tanszékének professzora, aki bioplasztikával foglalkozik, úgy véli, hogy a hagyományos műanyagokhoz képest “a bioplasztika jelentős javulás.,”

azonban kiderül, hogy a bioplasztika még nem az ezüst golyó a műanyag problémánkhoz.

mennyire biológiailag lebomló a bioplasztika?

mivel gyakran zavar van a bioplasztikáról való beszélgetés során, tisztázzunk először néhány kifejezést.

• lebontható-minden műanyag lebomlik, még a hagyományos műanyag is, de csak azért, mert apró töredékekre vagy porra bontható, nem jelenti azt, hogy az anyagok valaha visszatérnek a természetbe. A hagyományos műanyagok egyes adalékai gyorsabban lebomlanak., A fotodegradálható műanyag könnyebben lebomlik napfényben; az oxo-lebomló műanyag gyorsabban szétesik, ha hőnek és fénynek van kitéve.
• a biológiailag lebomló-biológiailag lebomló műanyagot a mikroorganizmusok a megfelelő körülmények között teljesen vízbe, szén-dioxidba és komposztba bonthatják. A “biológiailag lebontható” azt jelenti, hogy a bomlás hetekről hónapra történik. A bioplasztikát, amely nem bomlik le gyorsan, “tartósnak” nevezik, és néhány biomasszából készült bioplasztikát, amelyet a mikroorganizmusok nem tudnak könnyen lebontani, nem biológiailag lebonthatónak tekintik.,
• komposztálható-komposztálható műanyag biológiailag lebomlik a komposzt helyén. A mikroorganizmusok szén-dioxidra, vízre, szervetlen vegyületekre és biomasszára bontják, ugyanolyan sebességgel, mint a komposztban lévő egyéb szerves anyagok, így nem maradnak mérgező maradványok.

Típusú Bioplastic

Bioplastics jelenleg használt eldobható elemek, mint a csomagolás, konténerek, szívószál, táskák, a palackok, illetve a nem-eldobható szőnyeg, műanyag csövek, telefon burkolatok, 3-D nyomtatás, autó szigetelés, orvosi implantátumok., A globális bioplasztikus piac várhatóan az idei 17 milliárd dollárról 2022-re közel 44 milliárd dollárra növekszik.

a bioplasztika két fő típusa létezik.a

PLA (politejsav) jellemzően kukoricakeményítőben, kasszavában vagy cukornádban lévő cukrokból készül. Biológiailag lebomló, szén-semleges és ehető. Hogy átalakítsa a kukorica a műanyag, kukorica mag elmerül a kén-dioxid, majd forró víz, ahol a komponensek lebontják a keményítő, fehérje, rost. A magokat ezután őröljük, majd a kukoricaolajat elválasztjuk a keményítőtől., A keményítő hosszú szénmolekulákból áll, hasonlóan a fosszilis tüzelőanyagokból származó műanyag szénláncokhoz. Néhány citromsavat összekeverünk, hogy egy hosszú láncú polimert képezzünk (egy nagy molekula, amely kisebb egységek ismétléséből áll), amely a műanyag építőköve. A PLA úgy néz ki és viselkedik, mint a polietilén (műanyag fóliákban, csomagolásban és palackokban), a polisztirol (hungarocell és műanyag evőeszközök) vagy a polipropilén (csomagolás, autóalkatrészek, textíliák). A minnesotai székhelyű NatureWorks az egyik legnagyobb vállalat, amely PLA-t gyárt Ingeo márkanév alatt.,

a PHA (polihidroxialkanoát) mikroorganizmusok, néha genetikailag módosított, amelyek szerves anyagokból műanyagot termelnek. A mikrobák tápanyagoktól, például nitrogéntől, oxigéntől és foszfortól fosztják meg őket, de magas szén-dioxid-szint mellett. Termelnek PHA, mint a szén-tartalékok, amelyek tárolják az granulátum, míg több más tápanyagokra van szükségük, hogy egyre szaporodnak. A vállalatok ezután betakaríthatják a mikroba által készített Pha-t, amelynek kémiai szerkezete hasonló a hagyományos műanyagokéhoz., Mivel biológiailag lebontható, és nem károsítja az élő szöveteket, a PHA-t gyakran használják orvosi alkalmazásokhoz, például varratokhoz, hevederekhez, csontlemezekhez és bőrpótlókhoz; egyszer használatos élelmiszer-csomagoláshoz is használják.

a Bioplasztikus termelés mellékhatásai

míg a bioplasztikát általában környezetbarátabbnak tekintik, mint a hagyományos műanyagokat, a Pittsburgh-i Egyetem 2010-es tanulmánya megállapította, hogy ez nem feltétlenül igaz, amikor az anyagok életciklusait figyelembe vették.,

a tanulmány hét hagyományos műanyagot, négy bioplasztikát és egy fosszilis tüzelőanyagból és megújuló forrásokból készült műanyagot hasonlított össze. A kutatók megállapították, hogy a bioplasztika előállítása nagyobb mennyiségű szennyező anyagot eredményezett, mivel a növények termesztésében használt műtrágyák és peszticidek, valamint a szerves anyag műanyaggá alakításához szükséges kémiai feldolgozás miatt. A bioplasztika a hagyományos műanyagoknál is nagyobb mértékben járult hozzá az ózonrétegek kimerüléséhez, és kiterjedt földhasználatot igényelt., Megállapították, hogy a B-PET, a hibrid műanyag a legnagyobb potenciállal rendelkezik az ökoszisztémákra és a leginkább rákkeltő anyagokra gyakorolt toxikus hatások szempontjából, és a legrosszabb eredményt érte el az életciklus-elemzésben, mivel kombinálta mind a mezőgazdaság, mind a kémiai feldolgozás negatív hatásait.

A Bioműanyagok élettartama során lényegesen kevesebb üvegházhatású gáz kibocsátást termelnek, mint a hagyományos műanyagok. Nincs nettó növekedése a szén-dioxid, amikor lebontják, mert a növények, hogy a bioplasztika készülnek felszívódik, hogy ugyanannyi szén-dioxid, ahogy nőtt., Egy 2017-es tanulmány megállapította, hogy a hagyományos műanyagról a kukorica alapú PLA-ra való áttérés 25 százalékkal csökkenti az amerikai üvegházhatású gázok kibocsátását. A tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy ha a hagyományos műanyagokat megújuló energiaforrások felhasználásával állítják elő, az üvegházhatást okozó gázok kibocsátása 50-75 százalékkal csökkenthető; azonban az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának jelentős csökkentésére a jövőben megújuló energiával előállítható bioplasztika mutatta a legígéretesebb ígéretet.,

egyéb problémák

míg a bioplasztika biológiai lebonthatósága előnyt jelent, a legtöbbnek magas hőmérsékletű ipari Komposztáló létesítményekre van szüksége a lebontáshoz, és nagyon kevés városban van a velük való foglalkozáshoz szükséges infrastruktúra. Ennek eredményeként a bioplasztika gyakran hulladéklerakókba kerül, ahol oxigéntől megfosztva metánt szabadíthat fel, amely 23-szor erősebb üvegházhatású gáz, mint a szén-dioxid.

Ha a bioplasztikát nem megfelelően dobják ki, szennyezhetik az újrahasznosított műanyag tételeket, és károsíthatják az újrahasznosítási infrastruktúrát., Ha a bioplasztikus anyag szennyezi az újrahasznosított PET-t (a leggyakoribb műanyag, amelyet víz-és üdítős palackokhoz használnak), például az egész tételt el lehet utasítani, és hulladéklerakóba kerülhet. Tehát külön újrahasznosítási folyamokra van szükség ahhoz, hogy a bioplasztikákat megfelelően el lehessen dobni.

a bioplasztikához szükséges földterület versenyez az élelmiszertermeléssel, mivel a bioplasztikát előállító növények az emberek etetésére is felhasználhatók. A Plastic Pollution Coalition olyan projekteket tervez, amelyek kielégítik a bioplasztika iránti növekvő globális keresletet, több mint 3.,2019—re 4 millió hektárnyi földterületre lesz szükség, amely nagyobb, mint Belgium, Hollandia és Dánia együttvéve. Ezenkívül a mezőgazdasági gépek működtetéséhez használt kőolaj üvegházhatású gázok kibocsátását eredményezi.

A bioplasztika is viszonylag drága; a PLA 20-50 százalékkal költségesebb lehet, mint a hasonló anyagok, mivel a kukoricát vagy a cukornádot PLA építőelemekké alakítják. Az árak azonban csökkennek, mivel a kutatók és a vállalatok hatékonyabb és környezetbarát stratégiákat dolgoznak ki a bioplasztika előállítására.,

A Szennyvíztől a Bioplasztikáig

Kartik Chandran és Columbia diákok olyan rendszereket fejlesztenek ki, amelyek biológiailag lebomló bioműanyagot állítanak elő a szennyvízből és a szilárd hulladékból. Chandran egy vegyes mikroba közösséget használ, amely illékony zsírsavak, például ecetsav formájában szénnel táplálkozik.

rendszere úgy működik, hogy a szennyvizet bioreaktorba táplálja. Belül a mikroorganizmusok (a műanyagtermelő baktériumoktól elkülönítve)a hulladék szerves szénét Illékony zsírsavakká alakítják., A kiáramlást ezután egy második bioreaktorba továbbítják, ahol a műanyagtermelő mikrobák táplálják az illékony zsírsavakat. Ezeket a mikrobákat folyamatosan ünnepi fázisoknak vetik alá, amelyeket éhínségi fázisok követnek, amelyek során a szénmolekulákat PHA-ként tárolják.

a Chandran koncentráltabb hulladékáramokkal kísérletezik, mint például az élelmiszer-hulladék és a szilárd emberi hulladék, hogy az illékony zsírsavakat hatékonyabban termeljék. Kutatásainak középpontjában mind a PHA-termelés maximalizálása, mind a hulladék integrálása a folyamatba. “Annyit akarunk szorítani, amennyit csak tudunk” – mondta Chandran.,

úgy véli, hogy integrált rendszere költséghatékonyabb lenne, mint a bioplasztika előállításához jelenleg alkalmazott módszerek, amelyek magukban foglalják a cukrok vásárlását a PHA előállításához. “Ha integrálja a szennyvízkezelést vagy az élelmiszer-hulladék kihívásait a bioplasztikus termeléssel, akkor ez nagyon kedvező” – mondta Chandran. “Mert ha úgy döntenénk, hogy kereskedelmi módba lépünk, akkor pénzt kapnánk, hogy elvigyük az élelmiszer-hulladékot, majd fizetnénk, hogy bioplasztikákat is készítsünk.,”Chandran reméli, hogy bezárja a hurkot, hogy egy nap a hulladéktermékek rutinszerűen olyan erőforrásként szolgáljanak, amely hasznos termékekké alakítható át, mint például a bioplasztikus.

más ígéretes alternatívák

A Kaliforniai teljes ciklusú bioplasztika szerves hulladékokból, például élelmiszer-hulladékból, növényi maradványokból, például szárakból és nem ehető levelekből, kerti hulladékból, valamint nem újrahasznosított papírból vagy kartonból is előállítja a PHA-t., Zsákok, konténerek, evőeszközök, víz és sampon palackok készítéséhez ez a bioplasztikus komposztálható, tengeri lebontható (ami azt jelenti, hogy ha az óceánba kerül, hal vagy baktérium ételként szolgálhat), és nincs toxikus hatása. A teljes ciklus képes feldolgozni a PHA-t élete végén, és arra használja, hogy újra Szűz műanyagot készítsen.

a Pennsylvaniai székhelyű Renmatix fás biomasszát, energetikai füveket és növénymaradványokat használ a költségesebb élelmiszernövények helyett., Technológiája savak, oldószerek vagy enzimek helyett víz és hő felhasználásával választja el a cukrokat a biomasszától egy viszonylag tiszta, gyors és olcsó folyamat során. Ezután mind a biomasszából származó cukrokat, mind a lignint építőelemként használják a bioplasztika és más bioprodukciók számára.

A Michigan Állami Egyetemen a tudósok cianobaktériumok, más néven kék-zöld algák felhasználásával próbálják csökkenteni a bioplasztikus termelési költségeket, amelyek napfényt használnak kémiai vegyületek fotoszintézis útján történő előállítására., Ahelyett, hogy műanyagtermelő baktériumcukraikat kukoricából vagy cukornádból táplálnák, ezek a tudósok cianókat csíptek, hogy folyamatosan kiválasszák a természetesen előállított cukrot. A műanyagtermelő baktériumok ezután fogyasztják a cyanos által termelt cukrot, amelyek újrafelhasználhatók.

A Stanford Egyetem kutatói és a kaliforniai székhelyű startup Mango anyagok a szennyvíztisztító telepekről vagy hulladéklerakókból származó metángázt bioplasztikává alakítják át. A metánt műanyagtermelő baktériumok táplálják, amelyek átalakítják azt PHA – ba, amelyet a vállalat műanyaggyártóknak értékesít., Műanyag sapkákhoz, samponpalackokhoz vagy biopolyester szálakhoz használják, amelyek természetes ruházati anyagokkal kombinálhatók. A bioplasztikus anyag biodegradálódik vissza a metánba, és ha eléri az óceánt, természetes módon emészthető fel tengeri mikroorganizmusok által.

az angliai Bath Egyetem fenntartható technológiákkal foglalkozó központja cukrokból és szén-dioxidból polikarbonátot készít üvegekben, lencsékben és bevonatokban való használatra telefonokhoz és DVD-khez. A hagyományos polikarbonát műanyagot BPA (cumisüvegekben tilos használni) és a mérgező kémiai foszgén felhasználásával készítik., A Fürdőkutatók olcsóbb és biztonságosabb módszert találtak arra, hogy szobahőmérsékleten szén-dioxidot adnak a cukrokhoz. A talajbaktériumok lebonthatják a bioplasztikát szén-dioxidra és cukorra.

aztán vannak olyanok, akik innovatív módszereket fejlesztenek ki a műanyag teljes cseréjére. Az amam japán tervező cég az agarból készült csomagolóanyagokat gyárt vörös tengeri algákban. Az Amerikai Mezőgazdasági Minisztérium a tejfehérje-kazeinből biológiailag lebontható és ehető fóliát fejleszt ki az élelmiszerek csomagolására; 500-szor jobb az élelmiszerek friss tartása, mint a hagyományos műanyag Fólia., A New York-i székhelyű Ecovative a micéliumot, a gomba vegetatív elágazó részét használja gomba anyagok előállításához, biológiailag lebontható csomagolóanyagokhoz, csempékhez, ültetvényekhez stb.

jelenleg nehéz azt állítani, hogy a bioplasztika környezetbarátabb, mint a hagyományos műanyag, amikor életciklusuk minden aspektusát figyelembe veszik: földhasználat, peszticidek és herbicidek, energiafogyasztás, vízfelhasználás, üvegházhatású gázok és metánkibocsátás, biológiai lebonthatóság, újrahasznosíthatóság stb., De mivel a kutatók szerte a világon zöldebb fajták és hatékonyabb gyártási folyamatok kifejlesztésén dolgoznak, a bioplasztikák ígéretet tesznek arra, hogy segítenek a műanyagszennyezés csökkentésében és a szénlábnyom csökkentésében.