Synthetische kunststoffen hebben veel aspecten van het moderne leven goedkoper gemaakt, veiliger en handiger. Echter, we zijn er niet in geslaagd om erachter te komen hoe we ervan af kunnen komen nadat we ze hebben gebruikt.

In tegenstelling tot andere vormen van afval, zoals voedsel en papier, de meeste synthetische kunststoffen kunnen niet gemakkelijk worden afgebroken door levende micro-organismen of door chemische processen. Als resultaat, een groeiende plastic afvalcrisis bedreigt de gezondheid van onze planeet. Het wordt belichaamd door de Great Pacific Garbage Patch - een enorme zone van drijvend plastic afval, drie keer zo groot als Frankrijk, die zich uitstrekt tussen Californië en Hawaï. Wetenschappers schatten dat als de huidige trends zich voortzetten, de massa plastic in de oceaan zal in 2050 even groot zijn als de massa vis. Het maken van plastic uit aardolie verhoogt ook het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer, bijdragen aan klimaatverandering.

Veel van mijn werk is gewijd aan het vinden van duurzame manieren om plastic te maken en af ​​te breken. Mijn lab en anderen boeken vooruitgang op beide fronten. Maar deze nieuwe alternatieven moeten concurreren met synthetische kunststoffen die infrastructuren en geoptimaliseerde processen hebben ontwikkeld. Zonder ondersteunend overheidsbeleid, innovatieve plastic alternatieven zullen moeite hebben om de zogenaamde "valley of death" van het lab naar de markt te kruisen.

Van hout en zijde tot nylon en plexiglas

Alle kunststoffen bestaan ​​uit polymeren – grote moleculen die veel kleine eenheden bevatten, of monomeren, samengevoegd tot lange ketens, net als kralensnoeren. De chemische structuur van de kralen en de bindingen die ze samenvoegen, bepalen de eigenschappen van polymeren. Sommige polymeren vormen materialen die hard en taai zijn, zoals glas en epoxy. anderen, zoals rubber, kan buigen en strekken.

Eeuwenlang hebben mensen producten gemaakt van polymeren uit natuurlijke bronnen, zoals zijde, katoen, hout en wol. Na gebruik, deze natuurlijke kunststoffen worden gemakkelijk afgebroken door micro-organismen.

Synthetische polymeren afgeleid van olie werden ontwikkeld vanaf de jaren 1930, toen nieuwe materiële innovaties hard nodig waren om de geallieerde troepen in de Tweede Wereldoorlog te ondersteunen. Bijvoorbeeld, nylon, uitgevonden in 1935, vervangen zijde in parachutes en andere uitrusting. En poly (methylmethacrylaat), bekend als plexiglas, vervangen door glas in vliegtuigramen. In die tijd, er werd weinig nagedacht over de vraag of en hoe deze materialen zouden worden hergebruikt.

Moderne synthetische kunststoffen kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdfamilies:thermoplasten, die bij verhitting zacht worden en bij afkoelen weer hard worden, en thermoharders, die nooit zacht worden als ze eenmaal zijn gevormd. Enkele van de meest voorkomende synthetische polymeren met een hoog volume zijn polyethyleen, gebruikt om folieverpakkingen en plastic zakken te maken; polypropyleen, gebruikt om herbruikbare containers en verpakkingen te vormen; en polyethyleentereftalaat, of PET, gebruikt in kleding, tapijten en doorzichtige plastic drankflessen.

Recycling uitdagingen

Tegenwoordig wordt slechts ongeveer 10 procent van het afgedankte plastic in de Verenigde Staten gerecycled. Processors hebben een inputstroom nodig van niet-verontreinigd of puur plastic, maar afvalplastic bevat vaak onzuiverheden, zoals restvoedsel.

Partijen afgedankte plastic producten kunnen ook meerdere harssoorten bevatten, en zijn vaak niet consistent van kleur, vorm, transparantie, gewicht, dichtheid of grootte. Dit maakt het voor recyclingbedrijven moeilijk om ze op soort te sorteren.

Door gemengd plastic afval om te smelten en opnieuw te vormen, ontstaan ​​gerecycleerde materialen die slechter presteren dan nieuw materiaal. Om deze reden, veel mensen noemen plasticrecycling 'downcycling'.

Zoals de meeste consumenten weten, veel plastic goederen zijn gestempeld met een code die aangeeft van welk type hars ze zijn gemaakt, genummerd van één tot en met zeven, binnen een driehoek gevormd door drie pijlen. Deze codes zijn in de jaren tachtig ontwikkeld door de Society of the Plastics Industry, en zijn bedoeld om aan te geven of en hoe die producten moeten worden gerecycled.

Echter, deze logo's zijn zeer misleidend, omdat ze suggereren dat al deze goederen een oneindig aantal keren kunnen worden gerecycled. In feite, volgens de Environmental Protection Agency, recyclingpercentages in 2015 varieerden van 31 procent voor PET (SPI-code 1) tot 10 procent voor polyethyleen met hoge dichtheid (SPI-code 2) en hooguit een paar procent voor andere groepen.

Volgens mij, plastic voor eenmalig gebruik moet uiteindelijk biologisch afbreekbaar moeten zijn. Om dit te laten werken, huishoudens moeten bioafvalbakken hebben om voedsel in te verzamelen, papier en biologisch afbreekbaar polymeerafval voor compostering. Duitsland heeft een dergelijk systeem, en San Francisco composteert organisch afval van huizen en bedrijven.

Groenere polymeren ontwerpen

Aangezien moderne kunststoffen vele soorten en toepassingen hebben, er zijn meerdere strategieën nodig om ze te vervangen of te verduurzamen. Een doel is het maken van polymeren uit biobased koolstofbronnen in plaats van olie. De meest gemakkelijk implementeerbare optie is het omzetten van koolstof uit plantencelwanden (lignocellulose) in monomeren.

Als voorbeeld, mijn lab heeft een gistkatalysator ontwikkeld die plantaardige oliën opneemt en omzet in een polyester met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met polyethyleen. Maar in tegenstelling tot een op aardolie gebaseerd plastic, het kan volledig worden afgebroken door micro-organismen in composteringssystemen.

Het is ook absoluut noodzakelijk om nieuwe kosteneffectieve routes te ontwikkelen voor het afbreken van kunststoffen tot hoogwaardige chemicaliën die kunnen worden hergebruikt. Dit kan betekenen dat zowel biologische als chemische katalysatoren worden gebruikt. Een intrigerend voorbeeld is een darmbacterie van meelwormen die polystyreen kan verteren, omzetten in koolstofdioxide.

Andere wetenschappers ontwikkelen hoogwaardige vitrimeren - een soort thermohardende kunststof waarin de bindingen die ketens verknopen kunnen vormen en breken, afhankelijk van ingebouwde omstandigheden zoals temperatuur of pH. Deze vitrimeren kunnen worden gebruikt om harde, gegoten producten die aan het einde van hun levensduur kunnen worden omgezet in vloeibare materialen, zodat ze kunnen worden omgevormd tot nieuwe producten.

Het heeft jaren van onderzoek gekost, ontwikkeling en marketing om synthetische kunststoffen te optimaliseren. Nieuwe groene polymeren, zoals polymelkzuur, beginnen net op de markt te komen, voornamelijk in compostzakken, voedselcontainers, kopjes en wegwerpservies. Fabrikanten hebben ondersteuning nodig terwijl ze werken om de kosten te verlagen en de prestaties te verbeteren. Het is ook van cruciaal belang om academische en industriële inspanningen te koppelen, zodat nieuwe ontdekkingen sneller gecommercialiseerd kunnen worden.

Tegenwoordig bieden de Europese Unie en Canada veel meer overheidssteun voor de ontdekking en ontwikkeling van biogebaseerde en duurzame kunststoffen dan de Verenigde Staten. Dat moet veranderen als Amerika mee wil doen aan de duurzame polymeerrevolutie.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.