Wat doet uw auto, telefoon, frisdrankfles en schoenen gemeen hebben? Ze zijn allemaal grotendeels gemaakt van aardolie. Deze niet-hernieuwbare hulpbron wordt verwerkt tot een veelzijdige reeks chemicaliën die polymeren worden genoemd - of vaker, kunststoffen. Meer dan 5 miljard gallons olie per jaar wordt alleen in plastic omgezet.

Polymeren liggen aan de basis van veel belangrijke uitvindingen van de afgelopen decennia, zoals 3D-printen. Zogenaamde "technische kunststoffen, " gebruikt in toepassingen variërend van auto's tot constructie tot meubels, hebben superieure eigenschappen en kunnen zelfs helpen bij het oplossen van milieuproblemen. Bijvoorbeeld, dankzij technische kunststoffen, voertuigen zijn nu lichter, zodat ze een beter brandstofverbruik krijgen. Maar naarmate het aantal toepassingen toeneemt, net als de vraag naar kunststoffen. De wereld produceert al meer dan 300 miljoen ton plastic per jaar. In 2050 zou dat aantal zes keer zo groot kunnen zijn.

Petro-plastics zijn in wezen niet zo slecht, maar het is een gemiste kans. Gelukkig, er is een alternatief. Overschakelen van op aardolie gebaseerde polymeren naar polymeren op biologische basis zou de koolstofemissies met honderden miljoenen tonnen per jaar kunnen verminderen. Biogebaseerde polymeren zijn niet alleen hernieuwbaar en milieuvriendelijker om te produceren, maar ze kunnen zelfs een netto gunstig effect hebben op de klimaatverandering door als koolstofput te fungeren. Maar niet alle bio-polymeren zijn gelijk gemaakt.

Afbreekbare biopolymeren

U bent misschien al eerder "bioplastics" tegengekomen, als wegwerpgerei in het bijzonder - deze kunststoffen zijn afgeleid van planten in plaats van olie. Dergelijke biopolymeren worden gemaakt door het voeren van suikers, meestal van suikerriet, suikerbieten, of maïs, tot micro-organismen die voorlopermoleculen produceren die kunnen worden gezuiverd en chemisch aan elkaar kunnen worden gekoppeld om polymeren met verschillende eigenschappen te vormen.

Plantaardige kunststoffen zijn om twee redenen beter voor het milieu. Eerst, er is een drastische vermindering van de energie die nodig is om plantaardige kunststoffen te produceren - met maar liefst 80 procent. Terwijl elke ton van aardolie afgeleid plastic 2 tot 3 ton CO₂ genereert, dit kan worden teruggebracht tot ongeveer 0,5 ton CO₂ per ton biopolymeer, en de processen worden alleen maar beter.

Tweede, plantaardige kunststoffen kunnen biologisch afbreekbaar zijn, zodat ze zich niet ophopen op stortplaatsen.

Hoewel het geweldig is voor wegwerpartikelen zoals plastic vorken om biologisch af te breken, soms is een langere levensduur belangrijk – u wilt waarschijnlijk niet dat het dashboard van uw auto na verloop van tijd langzaam verandert in een hoop paddestoelen. Veel andere toepassingen vereisen hetzelfde type veerkracht, zoals bouwmaterialen, medische apparaten en huishoudelijke apparaten. Biologisch afbreekbare biopolymeren zijn ook niet recyclebaar, wat betekent dat er voortdurend meer planten moeten worden gekweekt en verwerkt om aan de vraag te voldoen.

Biopolymeren als koolstofopslag

Kunststoffen, ongeacht de bron, zijn voornamelijk gemaakt van koolstof - ongeveer 80 procent van het gewicht. Hoewel van aardolie afgeleide kunststoffen geen CO₂ afgeven op dezelfde manier als de verbranding van fossiele brandstoffen, ze helpen ook niet om het teveel aan deze gasvormige verontreinigende stof vast te leggen - de koolstof uit vloeibare olie wordt eenvoudigweg omgezet in vaste plastics.

Bio-polymeren, anderzijds, zijn afgeleid van planten, die fotosynthese gebruiken om CO₂ om te zetten, water en zonlicht tot suikers. Wanneer deze suikermoleculen worden omgezet in biopolymeren, de koolstof wordt effectief afgesloten van de atmosfeer - zolang ze niet biologisch worden afgebroken of verbrand. Zelfs als biopolymeren op een stortplaats belanden, ze zullen nog steeds deze rol van koolstofopslag vervullen.

CO₂ is slechts ongeveer 28 procent koolstof per gewicht, polymeren vormen dus een enorm reservoir om dit broeikasgas in op te slaan. Als de huidige wereldwijde jaarlijkse voorraad van ongeveer 300 miljoen ton polymeren allemaal niet-biologisch afbreekbaar en biogebaseerd zou zijn, dit zou gelijk staan ​​aan een gigaton - een miljard ton - aan gesekwestreerde CO₂, ongeveer 2,8 procent van de huidige wereldwijde uitstoot. In een recent rapport, het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering schetste het vastleggen, het opslaan en hergebruiken van koolstof als een belangrijke strategie om de klimaatverandering tegen te gaan; biogebaseerde polymeren kunnen een belangrijke bijdrage leveren, tot 20 procent van de CO₂-verwijdering die nodig is om de opwarming van de aarde te beperken tot 1,5 graad Celsius.

De markt voor niet-afbreekbare biopolymeren

Huidige strategieën voor koolstofvastlegging, inclusief geologische opslag die CO₂-uitlaat onder de grond pompt of regeneratieve landbouw die meer koolstof opslaat in de bodem, leun zwaar op beleid om de gewenste resultaten te bereiken.

Hoewel dit cruciale mechanismen zijn voor het tegengaan van klimaatverandering, de opslag van koolstof in de vorm van biopolymeren heeft het potentieel om een ​​andere drijfveer te gebruiken:geld.

Concurrentie op basis van alleen de prijs was een uitdaging voor biopolymeren, maar vroege successen tonen een pad naar een grotere penetratie. Een opwindend aspect is de mogelijkheid om toegang te krijgen tot nieuwe chemicaliën die momenteel niet worden gevonden in van aardolie afgeleide polymeren.

Denk aan recyclebaarheid. Er zijn maar weinig traditionele polymeren die echt recyclebaar zijn. Deze materialen worden eigenlijk het vaakst gedowncycled, wat betekent dat ze alleen geschikt zijn voor toepassingen met een lage waarde, zoals bouwmaterialen. Dankzij de instrumenten van genetische en enzymmanipulatie, echter, eigenschappen zoals volledige recycleerbaarheid - waardoor het materiaal herhaaldelijk voor dezelfde toepassing kan worden gebruikt - kunnen vanaf het begin worden ontworpen in bio-polymeren.

Biopolymeren zijn tegenwoordig grotendeels gebaseerd op natuurlijke fermentatieproducten van bepaalde soorten bacteriën, zoals de productie door Lactobacillus van melkzuur - hetzelfde product dat zorgt voor de scherpte in zure bieren. Hoewel deze een goede eerste stap vormen, opkomend onderzoek suggereert dat de ware veelzijdigheid van biopolymeren de komende jaren zal worden ontketend. Dankzij het moderne vermogen om eiwitten te manipuleren en DNA te modificeren, aangepast ontwerp van biopolymeerprecursoren is nu binnen handbereik. ermee, een wereld van nieuwe polymeren wordt mogelijk - materialen waarin de huidige CO₂ zich bevindt in een meer bruikbare, waardevollere vorm.

Om deze droom te realiseren, meer onderzoek nodig. Hoewel er vandaag vroege voorbeelden zijn - zoals de gedeeltelijk biogebaseerde Coca-Cola PlantBottle - bevindt de bio-engineering die nodig is om veel van de meest veelbelovende nieuwe biopolymeren te bereiken zich nog in de onderzoeksfase - zoals een hernieuwbaar alternatief voor koolstofvezel dat kan worden gebruikt in alles, van fietsen tot wieken van windturbines.

Overheidsbeleid ter ondersteuning van koolstofvastlegging zou ook de acceptatie helpen stimuleren. Met dit soort ondersteuning op zijn plaats, een significant gebruik van bio-polymeren als koolstofopslag is mogelijk al in de komende vijf jaar - een tijdlijn met het potentieel om een ​​significante bijdrage te leveren aan het helpen oplossen van de klimaatcrisis.