Sanningen om bioplastik

Bioplastics är ofta tippade som miljövänliga, men lever de upp till hype?

världen har producerat över nio miljarder ton plast sedan 1950-talet., 165 miljoner ton av det har förstört vårt hav, med nästan 9 miljoner fler ton in i oceanerna varje år. Eftersom endast cirka 9 procent av plasten återvinns förorenar mycket av resten miljön eller sitter i deponier, där det kan ta upp till 500 år att sönderfalla medan man läcker giftiga kemikalier i marken.

traditionell plast är tillverkad av petroleumbaserade råvaror. Vissa säger bioplast-Tillverkad av 20 procent eller mer av förnybara material—kan vara lösningen på plastföroreningar., De ofta citerade fördelarna med bioplast är minskad användning av fossila bränsleresurser, ett mindre koldioxidavtryck och snabbare sönderdelning. Bioplast är också mindre giftigt och innehåller inte bisfenol A (BPA), en hormonförstörare som ofta finns i traditionell plast.

Kartik Chandran, professor i Earth and Environmental Engineering Department vid Columbia University som arbetar med bioplastics, anser att bioplastics är en betydande förbättring jämfört med traditionell plast.,”

det visar sig dock att bioplaster ännu inte är silverkulan till vårt plastproblem.

hur biologiskt nedbrytbart är bioplaster?

eftersom det ofta är förvirring när man talar om bioplaster, låt oss klargöra några termer först.

• nedbrytbar-all plast är nedbrytbar, även traditionell plast, men bara för att den kan brytas ner i små fragment eller pulver betyder inte att materialen någonsin kommer tillbaka till naturen. Vissa tillsatser till traditionell plast gör att de försämras snabbare., Fotodegradabel plast bryts ner lättare i solljus; oxo-nedbrytbar plast sönderdelas snabbare när den utsätts för värme och ljus.
• biologiskt nedbrytbar – biologiskt nedbrytbar plast kan delas upp helt i vatten, koldioxid och kompost av mikroorganismer under rätt förhållanden. ”Biologiskt nedbrytbar” innebär att sönderdelningen sker i veckor till månader. Bioplaster som inte biologiskt nedbryts som snabbt kallas ”hållbara” och vissa bioplaster gjorda av biomassa som inte lätt kan brytas ner av mikroorganismer anses vara icke-biologiskt nedbrytbara.,
• komposterbar – komposterbar plast kommer att nedbrytas i en kompostplats. Mikroorganismer bryter ner den i koldioxid, vatten, oorganiska föreningar och biomassa i samma takt som andra organiska material i komposthögen och lämnar inga giftiga rester.

typer av bioplast

Bioplast används för närvarande i engångsposter som förpackningar, behållare, sugrör, påsar och flaskor, och i icke-engångsmattor, plaströr, telefonhöljen, 3-D-utskrift, bilisolering och medicinska implantat., Den globala bioplastiska marknaden förväntas växa från $ 17 miljarder i år till nästan $ 44 miljarder i 2022.

det finns två huvudtyper av bioplaster.

PLA (polyaksyra) är vanligtvis gjord av sockerarter i majsstärkelse, kassava eller sockerrör. Det är biologiskt nedbrytbart, kolneutralt och ätbart. För att omvandla majs till plast nedsänks majskärnor i svaveldioxid och varmt vatten, där dess komponenter bryts ner i stärkelse, protein och fiber. Kärnorna males sedan och majsoljan separeras från stärkelsen., Stärkelsen består av långa kedjor av kolmolekyler, liknande kolkedjorna i plast från fossila bränslen. Vissa citronsyror blandas in för att bilda en långkedjig polymer (en stor molekyl bestående av upprepande mindre enheter) som är byggstenen för plast. PLA kan se ut och bete sig som polyeten (används i plastfilmer, förpackning och flaskor), polystyren (Styrofoam och plastbestick) eller polypropen (förpackning, bildelar, textilier). Minnesota-baserade NatureWorks är ett av de största företagen som producerar PLA under varumärket Ingeo.,

PHA (polyhydroxialkanoat) tillverkas av mikroorganismer, ibland genetiskt konstruerade, som producerar plast från organiska material. Mikroberna berövas näringsämnen som kväve, syre och fosfor, men med tanke på höga nivåer av kol. De producerar PHA som kolreserver, som de lagrar i granuler tills de har mer av de andra näringsämnena som de behöver växa och reproducera. Företag kan sedan skörda den mikrobegjorda PHA, som har en kemisk struktur som liknar den hos traditionell plast., Eftersom det är biologiskt nedbrytbart och inte kommer att skada levande vävnad, används PHA ofta för medicinska applikationer som suturer, slingar, benplattor och hudersättningsmedel.det används också för engångsförpackning.

biverkningarna av Bioplastisk produktion

medan bioplaster i allmänhet anses vara mer miljövänliga än traditionell plast, fann en 2010-studie från University of Pittsburgh att det inte nödvändigtvis var sant när materialets livscykler beaktades.,

i studien jämfördes sju traditionella plaster, fyra bioplaster och en tillverkad av både fossila bränslen och förnybara källor. Forskarna bestämde att bioplastikproduktionen resulterade i större mängder föroreningar, på grund av de gödningsmedel och bekämpningsmedel som användes för att odla grödorna och den kemiska bearbetningen som behövs för att göra organiskt material till plast. Bioplasterna bidrog också mer till ozonnedbrytningen än den traditionella plasten, och krävde omfattande markanvändning., B-PET, hybridplasten, befanns ha den högsta potentialen för toxiska effekter på ekosystem och mest cancerframkallande ämnen, och gjorde det värsta i livscykelanalysen eftersom det kombinerade de negativa effekterna av både jordbruk och kemisk bearbetning.

bioplaster producerar betydligt färre växthusgasutsläpp än traditionell plast under sin livstid. Det finns ingen nettoökning av koldioxid när de bryter ner eftersom de växter som bioplaster är gjorda av absorberas samma mängd koldioxid som de växte., En 2017-studie fastställde att byte från traditionell plast till majsbaserad PLA skulle minska amerikanska växthusgasutsläpp med 25 procent. I studien drogs också slutsatsen att om traditionell plast producerades med förnybara energikällor skulle utsläppen av växthusgaser kunna minskas med 50-75 procent.bioplaster som i framtiden skulle kunna produceras med förnybar energi visade dock det största löftet om att avsevärt minska utsläppen av växthusgaser.,

andra problem

medan bioplastikens biologiska nedbrytbarhet är en fördel, behöver de flesta industriella komposteringsanläggningar med hög temperatur för att bryta ner och mycket få städer har den infrastruktur som behövs för att hantera dem. Som ett resultat hamnar bioplaster ofta i deponier där de, utan syre, kan släppa ut metan, en växthusgas 23 gånger mer potent än koldioxid.

om bioplaster inte kasseras på rätt sätt kan de förorena partier av återvunnen plast och skada återvinningsinfrastrukturen., Om bioplast förorenar återvunnet PET (polyetentereftalat, den vanligaste plasten, som används för vatten-och läskflaskor), kan till exempel hela partiet avvisas och hamna i en deponi. Så separata återvinningsströmmar är nödvändiga för att kunna kassera bioplaster korrekt.

den mark som krävs för bioplaster konkurrerar med livsmedelsproduktionen eftersom de grödor som producerar bioplaster också kan användas för att mata människor. Plastic Pollution Coalition projekt som för att möta den växande globala efterfrågan på bioplaster, mer än 3.,4 miljoner hektar mark—ett område som är större än Belgien, Nederländerna och Danmark kombinerat-kommer att behövas för att odla grödorna senast 2019. Dessutom producerar petroleum som används för att driva jordbruksmaskiner utsläpp av växthusgaser.

bioplaster är också relativt dyra; PLA kan vara 20 till 50 procent dyrare än jämförbara material på grund av den komplexa processen som används för att omvandla majs eller sockerrör till byggstenarna för PLA. Priserna kommer dock ner när forskare och företag utvecklar effektivare och miljövänliga strategier för att producera bioplaster.,

från avloppsvatten till Bioplast

Kartik Chandran och Columbia studenter utvecklar system för att producera biologiskt nedbrytbar bioplast från avloppsvatten och fast avfall. Chandran använder en blandad mikrobe community som matar på kol i form av flyktiga fettsyror, såsom ättiksyra som finns i ättika.

hans system fungerar genom att mata avloppsvatten i en bioreaktor. Inuti omvandlar mikroorganismer (skiljer sig från de plastproducerande bakterierna) avfallets organiska kol till flyktiga fettsyror., Utflödet skickas sedan till en andra bioreaktor där de plastproducerande mikroberna matar på de flyktiga fettsyrorna. Dessa mikrober utsätts kontinuerligt för festfaser följt av hungersnöd faser, under vilka de lagrar kolmolekylerna som PHA.

Chandran experimenterar med mer koncentrerade avfallsflöden, såsom matavfall och fast mänskligt avfall, för att producera de flyktiga fettsyrorna mer effektivt. Fokus för hans forskning är att både maximera PHA-produktionen och att integrera avfall i processen. ”Vi vill pressa så mycket vi kan”, säger Chandran.,

han tror att hans integrerade system skulle vara mer kostnadseffektivt än de metoder som för närvarande används för att producera bioplast som innebär att köpa sockerarter för att göra PHA. ”Om du integrerar avloppsrening eller tar itu med matavfallsutmaningar med bioplastisk produktion, så är det ganska gynnsamt”, säger Chandran. ”För om vi skulle skala upp och gå in i kommersiellt läge skulle vi få betalt för att ta bort matavfallet och då skulle vi få betalt för att göra bioplaster också.,”Chandran hoppas att stänga slingan så att avfallsprodukter en dag rutinmässigt kommer att fungera som en resurs som kan omvandlas till användbara produkter som bioplastisk.

andra lovande alternativ

full cykel Bioplast i Kalifornien producerar också PHA från organiskt avfall som matavfall, grödor rester som stjälkar och oätliga blad, trädgårdsavfall, och orecyklat papper eller kartong., Används för att göra påsar, Behållare, bestick, vatten och schamponflaskor, är denna bioplast komposterbar, marin nedbrytbar (vilket innebär att om den hamnar i havet, kan den fungera som fisk eller bakterier mat) och har inga toxiska effekter. Hela cykeln kan bearbeta PHA i slutet av sitt liv, och använda den för att göra jungfru plast igen.

Pennsylvania-baserade Renmatix använder woody biomassa, energigräs och skörderester istället för dyrare livsmedelsgrödor., Dess teknik skiljer sockerarter från biomassan med vatten och värme istället för syror, lösningsmedel eller enzymer i en jämförelsevis ren, snabb och billig process. Både sockerarterna och lignin från biomassan används sedan som byggstenar för bioplaster och andra bioprodukter.

vid Michigan State University försöker forskare minska produktionskostnaderna för bioplast genom användning av cyanobakterier, även kända som blågröna alger, som använder solljus för att producera kemiska föreningar genom fotosyntes., I stället för att mata sina plastproducerande bakteriesocker från majs eller sockerrör, tweakade dessa forskare cyanos för att ständigt utsöndra sockret som de naturligt producerar. De plastproducerande bakterierna konsumerar sedan sockret som produceras av cyanos, som är återanvändbara.

Stanford University forskare och Kalifornien-baserade start Mango Material omvandlar metan gas från avloppsreningsverk eller deponier till bioplast. Metan matas till plastproducerande bakterier som omvandlar den till PHA, som företaget säljer till plastproducenter., Den används för plastlock, shampooflaskor eller biopolyesterfibrer som kan kombineras med naturmaterial för kläder. Bioplasten kommer att biologiskt nedbrytas tillbaka till metan, och om den når havet, kan smälta naturligt av marina mikroorganismer.

Centre for Sustainable Technologies vid University of Bath i England gör polykarbonat från socker och koldioxid för användning i flaskor, linser och beläggningar för telefoner och DVD-skivor. Traditionell polykarbonatplast är gjord med hjälp av BPA (förbjuden från användning i babyflaskor) och den giftiga kemiska fosgenen., Badforskarna har hittat ett billigare och säkrare sätt att göra det genom att tillsätta koldioxid till sockerarterna vid rumstemperatur. Jordbakterier kan bryta bioplasten ner i koldioxid och socker.

och sedan finns det de som utvecklar innovativa sätt att ersätta plast helt och hållet. Japanska designföretaget AMAM producerar förpackningsmaterial gjorda av agar i Röda marina alger. US Department of Agriculture utvecklar en biologiskt nedbrytbar och ätbar film från mjölkproteinkasein för att sätta in mat i; det är 500 gånger bättre att hålla mat fräsch än traditionell plastfilm., Och New York-baserade Ecovative använder mycelium, den vegetativa förgreningsdelen av en svamp, för att göra svampmaterial, för biologiskt nedbrytbart förpackningsmaterial, kakel, planteringsmaskiner och mer.

just nu är det svårt att hävda att bioplaster är mer miljövänliga än traditionell plast när alla aspekter av deras livscykel beaktas: markanvändning, bekämpningsmedel och herbicider, energiförbrukning, vattenanvändning, utsläpp av växthusgaser och metan, biologisk nedbrytbarhet, återvinningsbarhet och mer., Men som forskare runt om i världen arbetar för att utveckla grönare sorter och effektivare produktionsprocesser, lovar bioplaster att hjälpa till att minska plastföroreningar och minska vårt koldioxidavtryck.