Sannheten om bioplastics

Bioplastics er ofte spioneringen som å være øko-vennlig, men de lever opp til hypen?

verden har produsert over ni milliarder tonn plast siden 1950-tallet., 165 millioner tonn av det har kastet våre hav, med nesten 9 millioner tonn mer inn havene hvert år. Siden det kun er ca 9 prosent av plast blir resirkulert, og mye av resten renser miljø eller sitter i deponier, hvor det kan ta opp til 500 år å brytes ned mens utvasking giftige kjemikalier i bakken.

Tradisjonell plast er laget av olje-basert råvarer. Noen sier bioplastics—laget fra 20 prosent eller mer av fornybare materialer—kan være løsning til plast forurensning., Den ofte siterte fordeler av bioplastic er redusert bruk av fossilt brensel ressurser, en mindre karbonutslipp og raskere nedbrytning. Bioplastic er også mindre giftig og inneholder ikke bisfenol A (BPA), et hormon som disrupter som er ofte funnet i tradisjonelle plast.

Kartik Chandran, en professor i Jord-og miljøteknikk Institutt ved Columbia University som arbeider på bioplastics, mener at i forhold til tradisjonelle plast, «bioplastics er en betydelig forbedring.,»

Imidlertid, det viser seg at bioplastics er ikke ennå silver bullet til vår plast problem.

Hvordan er biologisk Nedbrytbare Bioplastics?

Siden det er ofte forvirring når det er snakk om bioplastics, la oss avklare noen begreper først.

• Nedbrytbare – All plast er nedbrytbare, selv tradisjonelle plast, men bare fordi det kan bli brutt ned i små fragmenter eller pulver betyr ikke materialet noen gang vil gå tilbake til naturen. Noen tilsetningsstoffer til tradisjonelle plast gjøre dem brytes ned raskere., Photodegradable plast brytes ned mer lett i sollys; oxo nedbrytbar plast bryter ned raskere når den er utsatt for varme og lys.
• biologisk Nedbrytbare – biologisk Nedbrytbar plast kan være brutt helt ned i vann, karbondioksid og kompost av mikroorganismer under de rette forholdene. «Nedbrytbare» innebærer at nedbrytning skjer i uker til måneder. Bioplastics det ikke være biologisk nedbrytbart, som fort blir kalt «holdbar», og noen bioplastics laget av biomasse som ikke lett kan brytes ned av mikroorganismer er ansett som ikke-nedbrytbare.,
• Compostable – Compostable plast vil være biologisk nedbrytbart i en kompost nettstedet. Mikroorganismer bryte det ned til karbondioksid, vann, uorganiske forbindelser og biomasse på samme pris som andre organiske materialer i kompost haug, slik at ingen giftige rester.

Typer Bioplastic

Bioplastics er i dag brukt i disponibel elementer som emballasje, beholdere, sugerør, vesker og flasker, og i ikke-disponibel teppe, plast rør, telefon foringsrør, 3-D printing, bil isolasjon og medisinske implantater., Den globale bioplastic markedet er anslått til å vokse fra $17 milliarder kroner i år til nesten $44 milliarder kroner i 2022.

Det er to hovedtyper av bioplastics.

PLA (polyactic acid) er vanligvis laget av sukker i mais stivelse, kassava eller sukkerrør. Det er biologisk nedbrytbart, karbon-nøytrale og spiselig. Å forvandle mais inn i plast, mais kjerner er nedsenket i svoveldioksid og varmt vann, der komponentene bryte ned stivelse, proteiner, og fiber. Kjerner er så jord og maisolje er atskilt fra stivelse., De stivelse består av lange kjeder av karbon molekyler, lik karbon kjeder i plast fra fossilt brensel. Noen sitronsyre syrer er blandet i å danne en lang kjede polymer (et stort molekyl som består av gjentatte mindre enheter) som er byggesteinen for plast. PLA kan se ut og oppføre seg som polyetylen (som brukes i plast filmer, pakking og flasker), polystyren (Isopor og plast bestikk) eller polypropylen (emballasje, bildeler, tekstiler). Minnesota-baserte NatureWorks er en av de største selskapene som produserer PLA under merkenavnet Ingeo.,

PHA (polyhydroxyalkanoate) er laget av mikroorganismer, noen ganger genmodifisert, som produserer plast fra organisk materiale. Mikrobene er fratatt næringsstoffer som nitrogen, oksygen, fosfor, men på grunn av høye nivåer av karbon. De produserer PHA som karbon reserver, som de lagrer i granulat før de har mer av andre næringsstoffer de trenger for å vokse og formere seg. Bedrifter kan høste mikrobe-laget PHA, som har en kjemisk struktur som ligner på tradisjonelle plast., Fordi det er biologisk nedbrytbart og vil ikke skade levende vev, PHA er ofte brukt for medisinske programmer som suturer, stropper, bein plater og hud erstatter; det er også brukt for enkelt-bruk mat emballasjen.

Bivirkninger av Bioplastic Produksjon

Mens bioplastics er generelt ansett for å være mer miljøvennlig enn tradisjonelle plast, 2010 en studie fra University of Pittsburgh funnet det var ikke nødvendigvis sant når materialer » livssyklus, og ble tatt i betraktning.,

studien sammenlignet syv tradisjonelle plast, fire bioplastics, og man gjorde fra både fossil og fornybar energi. Forskerne fastslått at bioplastics produksjon resulterte i større mengder miljøgifter, på grunn av gjødsel og plantevernmidler brukes i økende avlinger og kjemisk behandling som trengs for å slå organisk materiale i plast. Den bioplastics også bidratt mer til ozonnedbrytning enn den tradisjonelle plast, og det kreves omfattende arealbruk., B-PET, hybrid plast, ble funnet å ha det høyeste potensialet for toksiske effekter på økosystemer og de mest kreftfremkallende, og scoret det verste i livet cycle analysis fordi det kombinerte negative konsekvenser av både jordbruk og kjemisk behandling.

Bioplastics gjøre produserer betydelig mindre utslipp av klimagasser enn tradisjonelle plast over sin levetid. Det er ingen netto økning i karbondioksid når de bryter ned fordi plantene som bioplastics er laget av absorbert den samme mengden karbondioksid som de vokste., En 2017 studie fast bestemt på at å bytte fra tradisjonelle plast til mais-basert PLA ville redusere USAS utslipp av klimagasser med 25 prosent. Studien konkluderte også med at hvis tradisjonelle plast ble produsert ved bruk av fornybare energikilder, klimagassutslipp kan reduseres med 50 til 75 prosent, men bioplastics, og som kanskje i fremtiden bli produsert med fornybar energi viste de mest lovende for vesentlig for å redusere klimagassutslipp.,

Andre Problemer

Mens den biologisk nedbrytbarhet av bioplastics er en fordel, de fleste trenger høy temperatur industriell kompostering fasiliteter for å bryte ned og svært få byer som har den infrastruktur som er nødvendig for å håndtere dem. Som et resultat, bioplastics ofte ende opp i deponier der, fratatt oksygen, kan de slippe løs metan, en drivhusgass 23 ganger mer potent enn karbondioksid.

Når bioplastics er ikke kastes på riktig måte, kan de smitte grupper av resirkulert plast og skade resirkulering infrastruktur., Hvis bioplastic forurensede resirkulert PET (polyethylene terephthalate, den mest vanlige plast, som brukes for vann og brus flasker), for eksempel, hele mye kan bli avvist og ende opp i et deponi. Så separat resirkulering bekker er nødvendig for å være i stand til skikkelig kast bioplastics.

Det landet som kreves for bioplastics konkurrerer med matproduksjon fordi avlinger som produserer bioplastics kan også brukes til å mate folk. Plast Forurensning Koalisjon prosjekter som å møte den økende globale etterspørselen etter bioplastics, mer enn 3.,4 millioner hektar land, et område som er større enn Belgia, Nederland og Danmark kombinert—vil være behov for å dyrke avlinger av 2019. I tillegg, den petroleum som brukes til å kjøre landbruksmaskiner produserer drivhusgasser.

Bioplastics er også relativt dyrt, PLA kan være 20 til 50 prosent dyrere enn sammenlignbare materialer på grunn av den komplekse prosessen som brukes til å konvertere mais eller sukkerrør inn i byggesteinene for PLA. Men prisene er på vei ned som forskere og selskaper med å utvikle mer effektive og miljøvennlige strategier for å produsere bioplastics.,

Fra Avløpsvann til Bioplastic

Kartik Chandran og Columbia studenter er å utvikle systemer for å produsere nedbrytbare bioplastic fra avløpsvann og avfall. Chandran bruker en blandet mikrobe samfunnet som strømmer på karbon i form av flyktige fettsyrer, for eksempel eddiksyre funnet i eddik.

Hans systemet fungerer ved fôring avløpsvann inn i en bioreactor. Inne, mikroorganismer (forskjellig fra plast-produserende bakterier) konverter avfall organisk karbon til flyktige fettsyrer., Utstrømningen blir så sendt til en annen bioreactor der plast-produserende mikrober feed på den flyktige fettsyrer. Disse mikrobene blir kontinuerlig utsatt til fest faser etterfulgt av hungersnød faser, hvor de lagrer karbon molekyler som PHA.

Chandran er å eksperimentere med mer konsentrert avfall-strømmer, for eksempel matavfall og solid menneskelig avfall, for å produsere den flyktige fettsyrer mer effektivt. Fokus for hans forskning er både maksimere PHA produksjon og til å integrere avfall i prosessen. «Vi ønsker å presse så mye som vi kan ,» sa Chandran.,

Han mener hans integrert system vil være mer kostnadseffektive enn de metodene som i dag brukes til å produsere bioplastic som innebærer å kjøpe sukker for å gjøre PHA. «Hvis du integrerer behandling av avløpsvann eller adresse matavfall utfordringer med bioplastic produksjon, så dette er ganske gunstig ,» sa Chandran. «Fordi om vi var å skalere opp og gå inn i kommersielle modus, ville vi få betalt for å ta matavfall unna, og da ville vi få betalt for å gjøre bioplastics, så vel.,»Chandran håp om å lukke sløyfen så som så, en dag, avfall produkter vil rutinemessig fungere som en ressurs som kan bli omdannet til nyttige produkter som bioplastic.

Andre Lovende Alternativer

Full Syklus Bioplastics i California er også å produsere PHA fra organisk avfall, som matavfall, beskjære rester som stilker og uspiselig, blader, hageavfall, og unrecycled papir eller papp., Brukes til å lage poser, beholdere, bestikk, vann og shampoo flasker, dette bioplastic er compostable, marine nedbrytbart (noe som betyr at hvis den ender opp i havet, kan det tjene som fisk eller bakterier mat) og har ingen giftige effekter. Full Syklus kan behandle PHA på slutten av sitt liv, og bruke den til å gjøre jomfru plast igjen.

Pennsylvania-baserte Renmatix er å utnytte woody biomasse, energi gress og beskjære rester i stedet for dyrere mat avlinger., Teknologien skiller sukker fra biomasse ved hjelp av vann og varme i stedet for syrer, løsemidler eller enzymer i en relativt ren, rask og billig prosess. Både sukker og lignin fra biomasse er deretter brukt som byggesteiner for bioplastics og andre bioproducts.

Ved Michigan State University, forskere prøver å kutte produksjonskostnadene for bioplastic gjennom bruk av cyanobacteria, også kjent som den blå-grønne alger, som vil bruke sollys til å produsere kjemiske forbindelser gjennom fotosyntesen., I stedet for å fôre sine plast-produserende bakterier sukker fra mais eller sukkerrør, disse forskerne forskjøvet cyanos til stadig å skille ut sukker som de naturlig å produsere. Plast-produserende bakterier så spiser sukker produsert av cyanos, som er gjenbrukbare.

Stanford University forskere og California-baserte oppstart Mango Materialer er transformere metan gass fra renseanlegg for avløpsvann eller deponier i bioplastic. Metan er matet til plast-produserende bakterier som forvandle det til PHA, som selskapet selger til plast produsenter., Det er brukt for plast caps, sjampo flasker eller biopolyester fibre som kan være kombinert med naturlige materialer for klær. Den bioplastic vil være biologisk nedbrytbart tilbake til metan, og hvis den når havet, kan fordøyes naturlig av marine mikroorganismer.

Senter for Bærekraftig Teknologi ved Universitetet i Bath i England er å gjøre polykarbonat fra sukker og karbondioksid for bruk i flasker, linser og belegg for telefoner og Dvd-er. Tradisjonell polykarbonat plast, er laget ved hjelp av BPA (utestengt fra bruk i tåteflasker) og giftige kjemiske phosgene., Badet forskere har funnet en billigere og tryggere måte å gjøre det ved å legge til karbondioksid til sukker ved romtemperatur. Jord bakterier kan bryte bioplastic ned til karbondioksid og sukker.

Og så er det de utvikler innovative måter å erstatte plast helt. Japansk design selskapet AMAM er å produsere emballasje laget av agar i rød marine alger. Det AMERIKANSKE landbruksdepartementet er å utvikle en biologisk nedbrytbare og spiselig film fra melkeprotein kasein til å pakke mat i, det er 500 ganger bedre på å holde maten frisk enn tradisjonelle plast., Og den New York-baserte Ecovative er ved hjelp av mycel, den vegetative forgrening del av en sopp, for å gjøre Sopp Materialer, for biologisk nedbrytbar emballasje, fliser, plantasjeeiere og mer.

Akkurat nå er det vanskelig å hevde at bioplastics er mer miljøvennlig enn tradisjonelle plast når alle aspekter av deres liv syklus er vurdert: arealbruk, plantevernmidler og ugressmidler, energiforbruk, vannforbruk, klimagasser og metan-utslipp, biologisk nedbrytbarhet, recyclability og mer., Men som forskere over hele verden jobber med å utvikle en grønnere varianter og mer effektive produksjonsprosesser, bioplastics holder løftet om å bidra til å minske plast forurensning og redusere karbonavtrykket.