Khi các polyme dựa trên dầu mỏ làm bẩn đại dương và xả rác cuộc sống của chúng tôi, các nhà nghiên cứu tìm kiếm những cách thân thiện với môi trường hơn để đáp ứng nhu cầu về các vật liệu bền, linh hoạt. Flickr: Ảnh của Bo Eide (Flickr / Creative Commons) 

Tháng 7 29, 2015 - Số phận của các đại dương trên thế giới có thể nằm trong một bể thép không gỉ có kích thước không bằng một thùng bia nhỏ. Bên trong, vi khuẩn biến đổi gen biến xi-rô ngô thành một khối polyme hỗn hợp có thể được sử dụng để sản xuất nhiều loại nhựa thông thường.

Một vài thứ giống như làm sữa chua, Oliver nói, Oliver Peoples, giám đốc khoa học của Metabolix, Inc.

Công ty có trụ sở tại Cambridge, Massachusetts, nơi nhựa sinh học hình thành trong các phòng lên men quy mô phòng thí nghiệm là một trong những doanh nghiệp và tổ chức đang phát triển để phát triển các sản phẩm thay thế cạnh tranh, thân thiện với môi trường hơn cho nhựa thông thường, được sản xuất từ ​​nhiên liệu hóa thạch, thất bại để phân hủy và đang biến đại dương của chúng ta thành biển nhựa nổi.

Jenna Jambeck, một giảng viên ngành kỹ thuật môi trường tại Đại học Georgia cho biết, chúng tôi đã chứng kiến ​​sự gia tăng lớn này trong sản xuất nhựa. Không giống như vật liệu phân hủy sinh học, nhựa có tất cả những vấn đề này. Nó dễ dàng di chuyển vào đường thủy, nó phân mảnh vật lý thành những mảnh nhỏ cực kỳ khó hoặc không thể thu thập được và [nó có xu hướng] hấp thụ các chất ô nhiễm hóa học đã có trong môi trường.

Một số loại nhựa 4.8 triệu đến 12.7 triệu tấn (5.3 triệu đến 14 triệu tấn), hoặc lên tới 4 phần trăm của khoảng 300 triệu tấn (330 triệu tấn) nhựa được sản xuất mỗi năm, rơi vào đại dương dưới dạng rác trong 2010. Con số này dự kiến ​​sẽ tăng gấp khúc 10 trong thập kỷ tới khi nhiều nhựa được sản xuất và sau đó trốn tránh các nỗ lực quản lý và tái chế chất thải, theo một nghiên cứu của Jambeck và các đồng nghiệp xuất bản đầu năm nay trên tạp chí Khoa học.

Tất cả những gì nhựa này có ảnh hưởng đến sinh vật, bao gồm cả con người, vẫn chưa rõ ràng. Một số nghiên cứu gần đây cho thấy các hóa chất trong các mảnh nhựa nhỏ, và thậm chí chính các bit nhựa có thể tích lũy trong chim, cá và các sinh vật biển khác. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã cho thấy các hóa chất chứa chúng có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe, bao gồm tổn thương gan và rối loạn nội tiết thông qua biểu hiện gen bị thay đổi. Cho dù các tác động tương tự xảy ra bên ngoài phòng thí nghiệm hay liệu chúng có mở rộng chuỗi thức ăn cho những người ăn sinh vật biển hay không, nhưng cả hai dường như hoàn toàn hợp lý.

Và đó không phải là tất cả. Nhựa cũng nổi tiếng trong bộ phận khí nhà kính. Theo ông, một phần lớn dầu khí được sử dụng trên toàn thế giới để sản xuất nhựa trực tiếp hoặc cung cấp năng lượng cho các quy trình sản xuất nhựa. báo cáo gần đây của Viện Worldwatch.

Mặc dù mọi người cảm thấy muốn sử dụng ít nhựa hơn là nhiều hơn, nhưng thực tế vấn đề là nhựa là vật liệu hiện đại giúp xe nhẹ hơn, lọc nước và thêm lợi ích to lớn cho các ứng dụng bảo mật và sức khỏe. chỉ giảm sử dụng của chúng tôi? Đối với một điều, nhựa rất linh hoạt, đáp ứng một loạt các nhu cầu về tính linh hoạt, chi phí và các thông số khác mà vật liệu thay thế sẽ khó có thể phù hợp. Không chỉ vậy, nhưng các vật liệu thay thế thể hiện các tác động xấu đến môi trường, xã hội và sức khỏe của chính họ.

Marc Hillmyer cho biết, mặc dù mọi người cảm thấy muốn sử dụng ít nhựa hơn là nhiều hơn nhưng thực tế vấn đề là nhựa là vật liệu hiện đại giúp xe nhẹ hơn, lọc nước và mang lại lợi ích to lớn cho các ứng dụng bảo mật và sức khỏe. Giám đốc của Trung tâm Polyme bền vững tại trường đại học Minnesota ở Minneapolis.

Nói cách khác, có những lý do vững chắc để theo đuổi các lựa chọn thay thế bền vững hơn cho nhựa thông thường - cụ thể là nhựa từ thực vật. Cái gọi là nhựa sinh học như vậy có thể làm suy giảm, giảm đáng kể nguy cơ chúng sẽ gây ô nhiễm đất hoặc biển. Họ cũng hạ thấp sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch, giảm lượng khí thải carbon của nhựa. Khí thải nhà kính liên quan đến nhựa sinh học thấp hơn 26 phần trăm so với phát thải nhựa thông thường, theo một phân tích vòng đời gần đây của nhựa dựa trên ngô và dầu mỏ bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Michigan.

Các lựa chọn thay thế mới nổi

Tuy nhiên, việc tìm kiếm các sản phẩm thay thế không thể phân hủy bằng dầu mỏ cho các loại nhựa ngày nay là không dễ dàng. Nhựa làm từ ngô, mía hoặc các nguyên liệu từ thực vật khác không nhất thiết phải phân hủy và việc xuống cấp xảy ra khi bạn muốn nó có thể khó khăn.

Bạn không muốn chiếc túi nhựa của mình xuống cấp trong khi bạn đang sử dụng nó, thì Hill Hiller nói. Mặt khác, bạn muốn nó xuống cấp nhanh chóng khi được đưa vào một môi trường khác.

Trong khi các nhà hóa học đã gặp khó khăn trong việc cải tổ nhựa dựa trên dầu mỏ để chúng có thể xuống cấp, một số lựa chọn thay thế dựa trên sinh học, có thể phân hủy đang xuất hiện.

Bất chấp những thành công này và những thành công gần đây khác, nhựa sinh học vẫn là một phần nhỏ của toàn ngành công nghiệp nói chung. Natureworks, một công ty có trụ sở tại Minnetonka, Minnesota, là một trong những nhà sản xuất nhựa sinh học hàng đầu thế giới. Công ty sản xuất axit polylactic, hoặc PLA, một loại nhựa có thể phân hủy sinh học được lấy từ bột ngô và sản xuất thành nhiều loại sản phẩm tiêu dùng - bao gồm đồ phẳng, cốc và bao bì dùng một lần - sẽ phân hủy khi hết thời gian sử dụng. Cơ sở sản xuất ban đầu của công ty tại Blair, Nebraska, đi vào hoạt động năm 2002 và có thể sản xuất 140,000 tấn (150,000 tấn) PLA mỗi năm. Công ty gần đây đã công bố kế hoạch mở một nhà máy thứ hai ở Đông Nam Á, sử dụng mía làm nguyên liệu.

Một nhà sản xuất nhựa sinh học hàng đầu khác là Công ty Coca-Cola, trong 2009 đã cho ra mắt PlantBottle, một chai nước uống được làm từ polyetylen terephthalate - có chứa vật liệu biobase lên đến 1%. Các chai không thể phân hủy nhưng, không giống như hầu hết các loại nhựa sinh học, có thể được tái chế cùng với PET thông thường, một loại nhựa thường được tái chế. Kể từ 30, công ty đã sản xuất 2009 tỷ của PlantBottles ban đầu. Vào tháng 6, 35, công ty đã tiết lộ một phiên bản mới là 2015 phần trăm được chế tạo.

Bất chấp những điều này và những thành công gần đây, nhựa sinh học vẫn là một phần rất nhỏ của toàn ngành. Các vật liệu này rất phù hợp cho các sản phẩm sử dụng một lần như thìa và chai, nơi người tiêu dùng sẵn sàng trả giá cao cho các sản phẩm bền vững hơn. Độ bền cao, các ứng dụng ít nhìn thấy - ví dụ, ống nước làm bằng nhựa PVC thường được sử dụng trong hệ thống ống nước dân dụng và thương mại - vẫn được làm hoàn toàn bằng nhựa thông thường. Tổng cộng, ít hơn 0.5 phần trăm của tất cả các loại nhựa đến từ các nguồn không phải là dầu mỏ, theo Hiệp hội Công nghiệp Nhựa, một nhóm thương mại ngành công nghiệp có trụ sở tại Washington, DC

Quy định của chính phủ, tuy nhiên, dẫn đến việc sử dụng nhựa sinh học ngày càng tăng. Ở 2014 Illinois đã cấm microbead, chất mài mòn nhỏ bằng nhựa thường được sử dụng trong tẩy tế bào chết trên mặt, dầu gội và kem đánh răng, do lo ngại về suy thoái môi trường trong hồ lớn. Với đường kính nhỏ hơn một milimet, microbead quá nhỏ để được lọc bằng hệ thống xử lý nước thải và đã được tìm thấy trong cả môi trường nước ngọt và biển.

Các mặt hàng tiêu dùng có thể được sản xuất từ ​​PHA phân hủy sinh học bao gồm túi, dụng cụ và áo khoác cáp điện. Hình ảnh lịch sự của Metabolix.

Với lệnh cấm liên bang đối với microbead dự kiến, Metabolix hợp tác với Honeywell vào tháng 3 để sản xuất một loại thay thế có thể phân hủy sinh học cho microbead Các microbead mà hai công ty đang phát triển được sản xuất từ ​​Polyhydroxyalkanoates, hoặc PHA, một loại nhựa sinh học đắt tiền hơn nhưng cũng linh hoạt hơn PLA. Các microbead mà hai công ty đang phát triển được tạo ra bằng cách lên men bột ngô, mặc dù chúng cũng có thể được sản xuất từ ​​các loại cây trồng phi thực phẩm như cỏ khô. Các microbead PHA sẽ phân hủy thành carbon dioxide và nước trong vài tháng với tốc độ tương tự như cellulose hoặc giấy, Peoples nói.

Xung quanh các mặt xuống

Khi chúng ta tăng sự phụ thuộc vào nhựa có nguồn gốc từ các loại cây trồng như ngô hoặc mía, chúng ta có thể vô tình đưa ra các mối quan tâm mới về môi trường. Một nghiên cứu gần đây trên tạp chí Sản xuất sạch hơn lưu ý nhựa sinh học được trồng từ nguyên liệu nông nghiệp sử dụng lượng nước, thuốc trừ sâu và phân bón đáng kể điều đó có thể gây ô nhiễm không khí và nước và cạnh tranh đất đai với cây trồng làm lương thực.

Một cách có thể để có được xung quanh mặt trái của nhựa từ thực vật trong khi vẫn giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ là sử dụng CO₂ như một nguyên liệu thay thế. Novomer, một công ty xuất phát từ nghiên cứu tại Đại học Cornell ở Ithaca, New York, đang biến chất thải CO₂ từ các nhà máy sản xuất ethanol thành nhựa. Công ty sản xuất polyol - polyme được sử dụng để tạo bọt linh hoạt được tìm thấy trong nệm, đệm ghế và vật liệu cách nhiệt, cũng như một loạt các chất phủ và chất trám đặc biệt.

Nếu chiếc nệm của bạn được làm bằng vật liệu của chúng tôi, nó sẽ xấp xỉ 22 phần trăm theo trọng lượng carbon dioxide, Peter nói, Peter Shepard, phó chủ tịch điều hành polyme của Novomer. "Nó cần một loại khí nhà kính là vật liệu phế thải và biến nó thành một sản phẩm có giá trị.

Điển hình là CO₂ quá trơ để phản ứng với các hợp chất khác, khiến việc sử dụng nó trong nhựa hoặc các ứng dụng khác trở nên khó khăn. Geoffrey Coates, giáo sư hóa học tại Đại học Cornell ở Ithaca và là người đồng sáng lập Novomer, đã phát triển một chất xúc tác làm tăng khả năng phản ứng của CO₂ đồng thời làm chậm khả năng phản ứng của một thành phần polyol quan trọng khác - giúp kết hợp CO dễ dàng hơn₂ vào polymer thu được.

Coates Giống như nếu bạn có con và bạn cho chúng ăn pizza và bông cải xanh và bạn nói với chúng mỗi khi bạn cắn một miếng pizza, bạn phải cắn một miếng bông cải xanh, ông Coates, cũng là thành viên của Trung tâm Polymers bền vững .

Thách thức lớn nhất đối với nhựa sinh học là chúng đang cạnh tranh với nhựa thông thường, vật liệu cực kỳ rẻ tiền đã được mài giũa trong những năm 60 vừa qua, Scheer nói. Các polyol được tạo ra bởi Novomer có thể phân hủy nhưng mất khả năng phân hủy khi kết hợp với các hóa chất gốc dầu mỏ bọt.

Mặc dù công ty hiện đang tập trung vào việc tạo bọt và chất bịt kín, nhưng ông Shepard nói rằng Novomer's CO₂Polyme dựa trên có thể được sử dụng để tạo ra nhựa phân hủy bằng CO₂ nội dung cao như 50 phần trăm.

Thách thức lớn nhất

Mặc dù có sự tăng trưởng mạnh mẽ trong những năm gần đây, một số người nói rằng nhựa sinh học không sống đúng với tiềm năng của họ.

Công nghiệp nhựa sinh học đã không thể tạo ra các polyme đủ hấp dẫn về giá cả và về các đặc tính sẽ khiến thế giới sẵn sàng thay đổi, theo ông Frederick Scheer, cựu CEO của Cereplast, một công ty nhựa sinh học hàng đầu một thời đã tuyên bố phá sản ở 2014.

Thách thức lớn nhất đối với nhựa sinh học là chúng đang cạnh tranh với nhựa thông thường, những vật liệu cực kỳ rẻ tiền đã được mài giũa trong những năm 60 vừa qua, Scheer nói.

Người dân có ý thức phần nào về tác động môi trường của các vật liệu gốc dầu sẽ không phân hủy sinh học, nhưng họ không sẵn sàng chi thêm đô la để đẩy các loại vật liệu [mới], ông nói.

Cạnh tranh với nhựa dựa trên dầu mỏ chỉ tăng mạnh trong năm qua khi giá dầu đã giảm một nửa. Để có thể cạnh tranh với vật liệu gốc dầu truyền thống, chúng tôi cần giá dầu ở đâu đó quanh $ 130, $ 140 một thùng, theo ông Scheer nói. Rõ ràng, ở mức $ 50 một thùng, chúng ta còn lâu mới có thể cạnh tranh.

Scheer nói rằng khả năng làm cho tất cả nhựa của thế giới từ các nguồn không phải là dầu mỏ tồn tại, nhưng để làm được điều đó sẽ cần sự hỗ trợ đáng kể của chính phủ. Nó sẽ phải được điều khiển bởi quy định sẽ buộc chi phí nhựa và chi phí dầu phải cao hơn đáng kể so với hiện tại, ông nói.

Đối thủ cạnh tranh polyetylen?

Nếu các loại nhựa bền vững làm giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch và suy thoái khi hết thời gian sử dụng sẽ trở thành xu hướng, chúng sẽ phải có khả năng không chỉ phụ thuộc vào microbead, bọt và các ứng dụng đặc biệt khác mà còn cho nhựa nhiệt dẻo - thấp -cost, các polyme có thể tạo hình bao gồm hơn 80 phần trăm trong số hàng trăm triệu tấn nhựa được sản xuất mỗi năm.

Coates hiện đang nghiên cứu một loại polymer sinh học mới có tính chất tương đương hoặc có thể tốt hơn polyetylen, loại nhựa nhiệt dẻo được sản xuất rộng rãi nhất được sử dụng để làm mọi thứ từ túi rác đến chai nước đến đồ chơi bằng nhựa.

Ngay cả một lớp polyetylen mỏng cũng cực kỳ chắc chắn, ví dụ, làm cho các phong bì gửi thư gần như không thể mở mà không có kéo hoặc bình sữa không bị vỡ khi rơi trên sàn nhà. Hầu hết điều đó là bởi vì nó là một vật liệu bán nguyệt, 'Co Coates nói. Các chuỗi [polymer] đóng gói cạnh nhau một cách rất chặt chẽ và cụ thể, nhìn chung, mang lại những đặc tính khá ấn tượng.

Trong một Nghiên cứu 2014 được công bố trong Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Mỹ, Coates và các đồng nghiệp tại Cornell đã mô tả một loại vật liệu mới có cấu trúc bán nguyệt được làm từ nguyên liệu đường và có các tính chất tương tự như polyetylen, nhưng vẫn có khả năng phân hủy tốt hơn khi hết thời gian sử dụng.

Nó không xảy ra trong một đêm, nhưng tôi nghĩ rằng có một số tích cực [dấu hiệu cho thấy nó có thể là đối thủ cạnh tranh thực sự đối với một loại nhựa như polyetylen, Hill Hiller nói.

Vật liệu mới, được gọi là poly (polypropylen polypropylen), đã không được thử nghiệm để xem nó sẽ phân hủy nhanh như thế nào trong môi trường bãi rác hoặc biển. Nhưng dựa trên thành phần của nó, Coates nói, nó sẽ bắt đầu xuống cấp sau vài tháng, một khoảng thời gian vượt quá tuổi thọ hữu ích của hầu hết các sản phẩm sử dụng một lần. Poly (polypropylen succatat) phân hủy thành propylene glycol và axit succinic, các vật liệu không độc hại được khử thêm thành CO₂ và nước khi ăn phải vi khuẩn.

Nếu bạn phải ăn các sản phẩm thoái hóa polymer, đây sẽ là những sản phẩm bạn muốn, chanh Coates nói.

Không chắc rằng poly (polypropylen polypropylen) sẽ có giá thấp hơn trên cơ sở pound-pound so với polyethylen thông thường, nhưng cấu trúc tinh thể độc đáo của nó cho thấy nó có thể hoạt động tốt hơn so với đối tác dầu mỏ. Nếu vậy, các nhà sản xuất nhựa sinh học một ngày nào đó có thể cạnh tranh với ngành nhựa ngày nay bằng cách chế tạo những thứ như bình sữa với chất liệu ít hơn đáng kể so với nhựa làm từ dầu mỏ.

Trận chiến khó khăn

Không tuân theo các quy định của chính phủ về giá carbon hoặc yêu cầu tất cả nhựa phải phân hủy sinh học, nhựa sinh học sẽ phải tìm cách vượt qua các loại nhựa thông thường nếu chúng sẽ lấp đầy hơn các ứng dụng thích hợp.

Đó là một trận chiến khó khăn - nhưng một sản phẩm mà một sản phẩm đã từng thích hợp khác, bảng điều khiển năng lượng mặt trời, đang ngày càng chiến thắng.

Trong 2007 năng lượng mặt trời chiếm ít hơn 0.1 phần trăm sản lượng điện của Hoa Kỳ. Nhờ sự khéo léo và đổi mới, giá của các mô-đun quang điện đã giảm từ US $ 4 mỗi watt xuống còn 0.50 mỗi watt, khiến năng lượng mặt trời trở thành nguồn điện phát triển nhanh nhất trong cả nước.

Có thể những người làm việc trên nhựa sinh học thấy một sự thay đổi tương tự trên biển? Cuối cùng, rất nhiều khả năng sẽ không chỉ dừng lại ở việc sản phẩm của họ bị hỏng như thế nào, mà còn có thể phá vỡ lợi thế cạnh tranh của nhựa thông thường đến mức nào.

Giới thiệu về Tác giả

Phil McKenna là một nhà văn tự do quan tâm đến sự hội tụ của những cá nhân hấp dẫn và những ý tưởng hấp dẫn. Ông chủ yếu viết về năng lượng và môi trường với trọng tâm là các cá nhân đằng sau tin tức. Công việc của anh ấy xuất hiện trong Sản phẩm Thời báo New York, Smithsonian, WIRED, Audubon, Nhà khoa học mới, Tạp chí công nghệ, MATTER và NOVA, nơi ông là một biên tập viên đóng góp.

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên Ensia

Sách liên quan:

at

Cảm ơn đã ghé thăm Nội địa.com, ở đâu có 20,000 + những bài báo thay đổi cuộc sống quảng bá "Thái độ mới và những khả năng mới". Tất cả các bài viết được dịch sang Hơn 30 ngôn ngữ. Theo dõi đến Tạp chí Nội tâm, xuất bản hàng tuần và Cảm hứng hàng ngày của Marie T Russell. Tạp chí InsideSelf đã được xuất bản từ năm 1985.