Pogingen om over te schakelen van petrochemische kunststoffen naar hernieuwbare en biologisch afbreekbare kunststoffen zijn lastig gebleken - het productieproces kan giftige chemicaliën vereisen en is duur, en de mechanische sterkte en waterstabiliteit zijn vaak onvoldoende. Maar onderzoekers hebben een doorbraak gemaakt, het gebruik van bijproducten van hout, dat belooft wat voor het produceren van duurzamere en duurzamere bioplastics.

Een studie gepubliceerd in Natuur Duurzaamheid , co-auteur van Yuan Yao, universitair docent industriële ecologie en duurzame systemen aan de Yale School of the Environment (YSE), schetst het proces van deconstructie van de poreuze matrix van natuurlijk hout tot een slurry. De onderzoekers zeggen dat het resulterende materiaal een hoge mechanische sterkte vertoont, stabiliteit bij het vasthouden van vloeistoffen, en UV-lichtbestendigheid. Het kan ook worden gerecycled of veilig biologisch worden afgebroken in de natuurlijke omgeving, en heeft een lagere milieu-impact gedurende de levenscyclus in vergelijking met op aardolie gebaseerde kunststoffen en andere biologisch afbreekbare kunststoffen.

"Er zijn veel mensen die hebben geprobeerd dit soort polymeren in plastic te ontwikkelen, maar de mechanische strengen zijn niet goed genoeg om de kunststoffen die we momenteel gebruiken te vervangen, die grotendeels van fossiele brandstoffen zijn gemaakt, ", zegt Yao. "We hebben een rechttoe rechtaan en eenvoudig productieproces ontwikkeld dat op biomassa gebaseerde kunststoffen uit hout genereert, maar ook plastic dat ook goede mechanische eigenschappen heeft."

Om het drijfmestmengsel te maken, de onderzoekers gebruikten een houtpoeder - een verwerkingsresidu dat gewoonlijk als afval in houtzagerijen wordt weggegooid - en deconstrueerden de losse, poreuze structuur van het poeder met een biologisch afbreekbaar en recyclebaar diep eutectisch oplosmiddel (DES). Het resulterende mengsel, met verstrengeling op nanoschaal en waterstofbinding tussen de geregenereerde lignine en cellulose micro/nanofibrillen, heeft een hoog gehalte aan vaste stoffen en een hoge viscositeit, die kan worden gegoten en gerold zonder te breken.

Yao leidde vervolgens een uitgebreide levenscyclusanalyse om de milieueffecten van het bioplastic te testen op gewone kunststoffen. Vellen van het bioplastic werden begraven in de grond, breken na twee weken en volledig degraderen na drie maanden; aanvullend, onderzoekers zeggen dat het bioplastic door mechanisch roeren weer in de slurry kan worden afgebroken, waardoor het DES ook kan worden teruggewonnen en hergebruikt.

"Dat, naar mij, is wat dit plastic echt goed maakt:het kan allemaal worden gerecycled of biologisch afgebroken, " zegt Yao. "We hebben alle materialen en het afval dat de natuur ingaat geminimaliseerd."

Het bioplastic kent tal van toepassingen, zegt Liangbing Hu, een professor aan het Center for Materials Innovation aan de Universiteit van Maryland en co-auteur van het artikel. Het kan worden gevormd tot een film die kan worden gebruikt in plastic zakken en verpakkingen - een van de belangrijkste toepassingen van plastic en oorzaken van afvalproductie. Hu zegt ook dat, omdat het bioplastic in verschillende vormen kan worden gegoten, het heeft potentieel voor gebruik in de automobielindustrie, ook.

Een gebied dat het onderzoeksteam blijft onderzoeken, is de mogelijke impact op bossen als de productie van dit bioplastic wordt opgeschaald. Terwijl het proces momenteel houtbijproducten gebruikt bij de productie, de onderzoekers zeggen dat ze zich er terdege van bewust zijn dat voor grootschalige productie enorme hoeveelheden hout nodig kunnen zijn, die verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor bossen, landbeheer, ecosystemen en klimaatverandering, om er een paar te noemen.

Yao zegt dat het onderzoeksteam al is begonnen samen te werken met een bosecoloog om bossimulatiemodellen te maken. het koppelen van de groeicyclus van bossen aan het productieproces. Ze ziet ook een kans om samen te werken met mensen die werken in bosgerelateerde velden bij YSE - een ongewoon gemak.

"Het komt niet vaak voor dat een ingenieur door de gang kan lopen en met een boswachter kan praten. ' zegt Yao.