Hoe Plastics verrassend kan helpen bij het bestrijden van klimaatverandering

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

Polymeren staan ​​achter vele belangrijke uitvindingen van de afgelopen decennia, zoals 3D-printen. Zogenaamde "engineering plastics", gebruikt in toepassingen variërend van automotive tot constructie tot meubels, hebben superieure eigenschappen en kunnen zelfs helpen bij het oplossen van milieuproblemen. Dankzij technische kunststoffen zijn voertuigen nu bijvoorbeeld lichter van gewicht, waardoor ze een beter brandstofrendement behalen. Maar naarmate het aantal toepassingen toeneemt, neemt ook de vraag naar kunststoffen toe. De wereld produceert al meer dan 300 miljoen ton plastic per jaar. Het aantal kan zes keer dat zijn tegen 2050.

Petro-plastics zijn helemaal niet zo slecht, maar het is een gemiste kans. Gelukkig is er een alternatief. Overschakelen van op aardolie gebaseerde polymeren naar polymeren die biologisch zijn gebaseerd, zou de CO2-uitstoot met honderden miljoenen tonnen per jaar kunnen verminderen. Biogebaseerde polymeren zijn niet alleen hernieuwbaar en milieuvriendelijker te produceren, maar ze kunnen zelfs een netto gunstig effect hebben op de klimaatverandering door te fungeren als koolstofput. Maar niet alle bio-polymeren zijn gelijk gemaakt.

Afbreekbare bio-polymeren

U bent misschien eerder "bioplastics" tegengekomen, vooral wegwerpgereedschap, deze kunststoffen zijn afgeleid van planten in plaats van olie. Dergelijke biopolymeren worden gemaakt door suikers toe te dienen, meestal van suikerriet, suikerbieten of maïs, tot micro-organismen die precursormoleculen produceren die kunnen worden gezuiverd en chemisch met elkaar kunnen worden verbonden om polymeren met verschillende eigenschappen te vormen.

Plantaardige kunststoffen zijn om twee redenen beter voor het milieu. Ten eerste is er een dramatische vermindering van de energie die nodig is om op planten gebaseerde kunststoffen te produceren - met maar liefst 80 procent. Terwijl elke ton uit aardolie verkregen kunststof twee tot drie ton CO₂ produceert, kan dit worden teruggebracht tot ongeveer 0,5 ton CO₂ per ton bio-polymeer, en de processen worden alleen maar beter.

Ten tweede kunnen plantaardige plastics biologisch afbreekbaar zijn, zodat ze zich niet op stortplaatsen ophopen.

Hoewel het prima is om disposables zoals plastic vorken biologisch af te breken, is soms een langere levensduur belangrijk - je zou waarschijnlijk niet willen dat het dashboard van je auto langzaam verandert in een stapel paddenstoelen. 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 steeds meer planten moeten worden gekweekt en verwerkt om aan de vraag te voldoen.

Bio-polymeren als koolstofopslag

Kunststoffen, ongeacht de bron, zijn voornamelijk gemaakt van koolstof - ongeveer 80 procent qua gewicht. Hoewel uit aardolie verkregen kunststoffen geen CO₂ afgeven op dezelfde manier als het verbranden van fossiele brandstoffen, helpen ze ook niet om de overmaat van deze gasvormige verontreinigende stof op te vangen - de koolstof uit vloeibare olie wordt eenvoudig omgezet in vaste kunststoffen.

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

CO₂ is slechts ongeveer 28 procent koolstof per gewicht, dus polymeren omvatten een enorm reservoir waarin dit broeikasgas kan worden opgeslagen. Als de huidige wereldwijde jaarlijkse aanvoer van ongeveer 300 miljoen ton polymeren allemaal niet biologisch afbreekbaar en biogebaseerd was, zou dit neerkomen op een gigaton - een miljard ton - van afgevangen CO₂, ongeveer 2,8 procent van de huidige wereldwijde uitstoot. In een recent rapport heeft het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering het vastleggen, opslaan en hergebruik van koolstof als een belangrijke strategie voor het temperen van de klimaatverandering beschreven; biobased polymeren kunnen een belangrijke bijdrage leveren, tot 20 procent van de CO₂-verwijdering die nodig is om het broeikaseffect tot 1,5 graden Celsius te beperken.

De niet-afbreekbare biopolymeermarkt

Huidige koolstofsekwestestrategieën, inclusief geologische opslag die CO₂-uitlaatgassen ondergronds of regeneratieve landbouw pompen die meer koolstof in de bodem opslaan, leunen zwaar op beleid om de gewenste resultaten te bereiken.

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

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

Overweeg recycleerbaarheid. Weinig traditionele polymeren zijn echt recyclebaar. Deze materialen worden eigenlijk vaak downcycled, wat betekent dat ze alleen geschikt zijn voor toepassingen met een lage waarde, zoals bouwmaterialen. Dankzij de tools van genetische en enzymtechnologie kunnen eigenschappen zoals volledige recyclebaarheid - waardoor het materiaal herhaaldelijk voor dezelfde toepassing kan worden gebruikt - vanaf het begin worden ontworpen in bio-polymeren.

Bio-polymeren zijn tegenwoordig grotendeels gebaseerd op natuurlijke fermentatieproducten van bepaalde soorten bacteriën, zoals de productie door Lactobacillus van melkzuur - hetzelfde product dat de zuurheid van zure bieren oplevert. Hoewel deze een goede eerste stap vormen, suggereert opkomend onderzoek dat de ware veelzijdigheid van bio-polymeren de komende jaren zal worden losgelaten. Dankzij het moderne vermogen om eiwitten te manipuleren en DNA aan te passen, is een aangepast ontwerp van voorlopers van bio-polymeren nu binnen handbereik. Hiermee wordt een wereld van nieuwe polymeren mogelijk - materialen waarin het CO₂ van vandaag de dag nuttiger en waardevoller zal zijn.

Om deze droom te realiseren, is meer onderzoek nodig. Terwijl vroege voorbeelden hier vandaag zijn - zoals de gedeeltelijk bio-gebaseerde Coca-Cola PlantBottle - is de bioengineering vereist om veel van de meest veelbelovende nieuwe biopolymeren te bereiken nog steeds in de onderzoeksfase - zoals een hernieuwbaar alternatief voor koolstofvezel dat kan worden gebruikt in alles, van fietsen tot windturbinebladen.

Overheidsbeleid ter ondersteuning van koolstofsekwestratie zou ook de acceptatie bevorderen. Met dit soort ondersteuning is een significant gebruik van biopolymeren als koolstofopslag mogelijk zodra de volgende vijf jaar - een tijdlijn met het potentieel om een ​​belangrijke bijdrage te leveren aan het helpen oplossen van de klimaatcrisis.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation van Joseph Rollin en Jenna E. Gallegos. Lees hier het originele artikel.