Onderzoekers die hernieuwbare kunststoffen ontwikkelen en nieuwe processen voor het upcyclen en recyclen van kunststoffen onderzoeken, kunnen nu gemakkelijk hun inspanningen afstemmen op de huidige productiepraktijken om te begrijpen of hun inspanningen energie zullen besparen en de uitstoot van broeikasgassen zullen verminderen.

Benchmarkgegevens die zijn berekend en verzameld door het National Renewable Energy Laboratory (NREL) bieden een meting - op het niveau van de toeleveringsketen - van hoeveel energie nodig is en de hoeveelheid broeikasgassen die wordt uitgestoten bij de productie van een verscheidenheid aan kunststoffen in de Verenigde Staten.

"Vandaag, we hanteren een overwegend lineaire economie voor veel van de materialen die we gebruiken, inclusief kunststoffen, " zei Gregg Beckham, een senior research fellow bij NREL. "Veel mensen en organisaties over de hele wereld zijn op zoek naar manieren om onze materiaaleconomie circulair te maken."

Daartoe, NREL leidt het BOTTLE Consortium, een samenwerkingsverband tussen onderzoekslaboratoria en universiteiten om methoden te ontwikkelen om het afvalplastic van vandaag te upcyclen en het plastic van morgen opnieuw te ontwerpen zodat het recyclebaar is. BOTTLE staat voor Bio-Optimized Technologies om thermoplasten buiten stortplaatsen en het milieu te houden.

Beckham is de senior auteur van een nieuw gepubliceerd artikel in het tijdschrift Joule . Het artikel, getiteld "Productie van energie en uitstoot van broeikasgassen in verband met het verbruik van kunststoffen, " rapporteert over 18 kunststoffen, elk met een wereldwijd verbruik van meer dan 1 miljoen ton per jaar. De co-auteurs van het onderzoek, allemaal van NREL, zijn Scott Nicholson, Nicolaas Rorrer, en Alberta Timmerman.

De schattingen zijn gebaseerd op een hulpmiddel dat is ontwikkeld bij NREL, de Materials Flows Through Industry (MFI) tool, die energie- en materiaalstromen door de hele productieketen volgt om de energiebehoeften en de uitstoot van broeikasgassen te schatten.

"MFI is een openbaar beschikbare tool die gemakkelijk kan worden aangepast voor nieuwe technologische opties, Nicholson zei. "We zijn voortdurend op zoek naar nieuwe productieprocessen aan de database toe te voegen. Onderzoekers kunnen een MFI-account aanvragen en met NREL samenwerken om hun eigen procesgegevens in de tool op te nemen en de impact voor een voorgestelde nieuwe toeleveringsketen te berekenen."

Met behulp van de MFI-tool, als een voorgestelde fabricagemethode naar schatting meer energie vereist of meer broeikasgassen produceert dan het status-quoproces, Nicholson zei:"een vergelijking van de bronnen en soorten effecten kan ons helpen erachter te komen welke aspecten van een nieuw proces kunnen worden verbeterd."

Om wat context te geven met betrekking tot het bredere industriële landschap, de polymeren die in deze studie worden behandeld vertegenwoordigen ongeveer 95% van de wereldwijde productie, een gecombineerde 360 ​​miljoen ton per jaar. Volgens het Amerikaanse Energy Information Agency, de productie van kunststoffen was goed voor ongeveer 11% van het totale energieverbruik in de Verenigde Staten vanaf 2014. De Verenigde Staten zijn verantwoordelijk voor het genereren van het grootste deel van het afvalplastic ter wereld, volgens een nieuw gepubliceerde analyse in Science Advances.

Deze MFI-toolanalyse geeft alleen het Amerikaanse verbruik van kunststoffen weer, rekening houdend met waar het alleen wordt gebruikt of in een ander materiaal wordt verwerkt. Polyestervezel, bijvoorbeeld, wordt niet meegeteld wanneer het in het buitenland wordt gebruikt om kleding te maken die vervolgens naar de Verenigde Staten wordt geïmporteerd. Toekomstige mogelijkheden die momenteel door het MFI-toolteam worden ontwikkeld, zullen gebruikers in staat stellen om wereldwijde toeleveringsketens te analyseren in plaats van alleen die welke zijn gebaseerd op Amerikaanse productie.

Twee organisaties binnen het Department of Energy - het Advanced Manufacturing Office en het Bioenergy Technologies Office - financierden het onderzoek. Het werk werd uitgevoerd als onderdeel van het nieuw gevormde BOTTLE Consortium, dat deel uitmaakt van de Plastics Innovation Challenge van het Department of Energy.