Hơn 99 phần trăm nhựa ngày nay đến từ dầu, nhưng các tùy chọn dựa trên sinh học mới đang trở nên có sẵn. Các biểu tượng của vectơ thị trường, Freepik và srip, CC BY

Xe, điện thoại, chai soda và giày của bạn có điểm gì chung? Tất cả đều được làm từ dầu mỏ. Tài nguyên không thể tái tạo này được xử lý thành một tập hợp các hóa chất linh hoạt được gọi là polyme - hay phổ biến hơn là nhựa. Kết thúc 5 tỷ gallon dầu mỗi năm được chuyển đổi thành nhựa một mình.

Polyme là đằng sau nhiều phát minh quan trọng trong nhiều thập kỷ qua, như 3D in. Cái gọi là nhựa kỹ thuật của Cameron, được sử dụng trong các ứng dụng từ ô tô đến xây dựng đến đồ nội thất, có các đặc tính vượt trội và thậm chí có thể giúp giải quyết các vấn đề môi trường. Ví dụ, nhờ nhựa kỹ thuật, xe bây giờ nhẹ hơn, vì vậy họ nhận được tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn. Nhưng khi số lượng sử dụng tăng lên, nhu cầu về nhựa cũng vậy. Thế giới đã sản xuất hơn 300 triệu tấn nhựa mỗi năm. Con số có thể gấp sáu lần so với 2050.

Dầu khí về cơ bản không tệ đến thế, nhưng chúng là một cơ hội bị bỏ lỡ. May mắn thay, có một sự thay thế. Việc chuyển đổi từ các polyme dựa trên dầu mỏ sang các polyme có nguồn gốc sinh học có thể làm giảm lượng khí thải carbon hàng trăm triệu tấn mỗi năm. Polyme sinh học không chỉ tái tạo và thân thiện với môi trường hơn để sản xuất, mà chúng thực sự có thể có tác động có lợi ròng đối với sự thay đổi khí hậu bằng cách hoạt động như một bể chứa carbon. Nhưng không phải tất cả các polyme sinh học đều được tạo ra như nhau.

Nhựa sinh học không phụ thuộc vào việc khoan dầu vì chúng lấy carbon từ CO? đã có trong khí quyển rồi. Bài hát QiuJu / Shutterstock.com

Polyme sinh học phân hủy

Có thể bạn đã gặpnhựa sinh họcTrước đây, cụ thể là đồ dùng dùng một lần - những loại nhựa này có nguồn gốc từ thực vật thay vì dầu. Các polyme sinh học như vậy được tạo ra bằng cách cho ăn đường, thường là từ mía, củ cải đường hoặc ngô, đến các vi sinh vật tạo ra các phân tử tiền chất có thể được tinh chế và liên kết hóa học với nhau để tạo thành các polyme có tính chất khác nhau.

Nhựa có nguồn gốc thực vật tốt hơn cho môi trường vì hai lý do. Đầu tiên, có sự giảm đáng kể năng lượng cần thiết để sản xuất nhựa từ thực vật - nhiều như 80 phần trăm. Trong khi mỗi tấn nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ tạo ra 2 đến 3 tấn CO?, con số này có thể giảm xuống còn khoảng 0.5 tấn CO? mỗi tấn polyme sinh học và các quy trình ngày càng trở nên tốt hơn.

Thứ hai, nhựa từ thực vật có thể phân hủy sinh học, vì vậy chúng không tích lũy trong các bãi chôn lấp.

Mặc dù thật tuyệt vời cho những đồ trang trí như dĩa nhựa để phân hủy sinh học, đôi khi tuổi thọ dài hơn rất quan trọng - bạn có thể sẽ không muốn bảng điều khiển của chiếc xe của mình từ từ biến thành một đống nấm theo thời gian. Nhiều ứng dụng khác yêu cầu khả năng phục hồi tương tự, chẳng hạn như vật liệu xây dựng, thiết bị y tế và thiết bị gia dụng. Polyme sinh học phân hủy sinh học cũng không thể tái chế, có nghĩa là nhiều cây cần được trồng và chế biến liên tục để đáp ứng nhu cầu.

Polyme sinh học như là lưu trữ carbon

Nhựa, bất kể nguồn gốc, chủ yếu được làm từ carbon - khoảng 80% tính theo trọng lượng. Trong khi nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ không thải ra CO? giống như cách đốt nhiên liệu hóa thạch, chúng cũng không giúp cô lập bất kỳ lượng dư thừa nào của chất ô nhiễm dạng khí này – carbon từ dầu lỏng chỉ đơn giản được chuyển đổi thành nhựa rắn.

Mặt khác, polyme sinh học là có nguồn gốc từ thực vật, sử dụng quá trình quang hợp để chuyển đổi CO?, nước và ánh sáng mặt trời thành đường. Khi các phân tử đường này được chuyển đổi thành polyme sinh học, carbon bị khóa hiệu quả từ bầu khí quyển - miễn là chúng không bị phân hủy hoặc thiêu hủy. Ngay cả khi các polyme sinh học kết thúc tại một bãi rác, chúng vẫn sẽ phục vụ vai trò lưu trữ carbon này.

CO? chỉ có khoảng 28% carbon theo trọng lượng, vì vậy polyme bao gồm một bể chứa khổng lồ để lưu trữ loại khí nhà kính này. Nếu nguồn cung cấp hàng năm khoảng 300 triệu tấn polyme trên thế giới hiện nay đều không thể phân hủy sinh học và có nguồn gốc sinh học, thì điều này sẽ tương đương với một gigaton - một tỷ tấn - CO2.8 được cô lập, khoảng XNUMX% tổng lượng COXNUMX được cô lập. khí thải toàn cầu hiện nay. trong một báo cáo gần đây, Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu đã vạch ra việc thu giữ, lưu trữ và tái sử dụng carbon như một chiến lược quan trọng để giảm thiểu biến đổi khí hậu; polyme dựa trên sinh học có thể đóng góp quan trọng, lên tới 20% lượng CO1.5? cần loại bỏ để hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức XNUMX độ C.

Thị trường biopolymer không phân hủy

Các chiến lược cô lập carbon hiện tại, bao gồm lưu trữ địa chất bơm CO? xả dưới lòng đất hoặc nông nghiệp tái tạo lưu trữ nhiều carbon trong đất, dựa nhiều vào chính sách để mang lại kết quả mong muốn.

Mặc dù đây là những cơ chế quan trọng để giảm thiểu biến đổi khí hậu, việc cô lập carbon dưới dạng polyme sinh học có khả năng khai thác một động lực khác: tiền.

Cạnh tranh chỉ dựa trên giá đã là thách thức đối với polyme sinh học, nhưng Những thành công ban đầu cho thấy một con đường hướng tới sự thâm nhập lớn hơn. Một khía cạnh thú vị là khả năng tiếp cận các hóa chất mới hiện không tìm thấy trong các polyme có nguồn gốc từ dầu mỏ.

Chai nhựa-nhựa chỉ có thể được tái chế tối đa một vài lần. hans / pixabay, CC BY

Xem xét khả năng tái chế. Một số polymer truyền thống là thực sự có thể tái chế. Những vật liệu này thực sự thường được chuyển xuống, nghĩa là chúng chỉ phù hợp cho các ứng dụng có giá trị thấp, chẳng hạn như vật liệu xây dựng. Nhờ các công cụ của kỹ thuật di truyền và enzyme, tuy nhiên, các đặc tính như tái chế hoàn toàn - cho phép sử dụng vật liệu nhiều lần cho cùng một ứng dụng - có thể được thiết kế thành polyme sinh học ngay từ đầu.

Polyme sinh học ngày nay chủ yếu dựa trên các sản phẩm lên men tự nhiên của một số loài vi khuẩn, chẳng hạn như sản xuất bởi Lactobacillus của axit lactic - sản phẩm tương tự cung cấp vị chua của bia chua. Mặc dù đây là bước khởi đầu tốt, nhưng nghiên cứu mới nổi cho thấy tính linh hoạt thực sự của polyme sinh học sẽ được phát hành trong những năm tới. Nhờ sự khả năng hiện đại để thiết kế protein và sửa đổi DNA, thiết kế tùy chỉnh của tiền chất polymer sinh học hiện đang trong tầm tay. Với nó, một thế giới polyme mới có thể trở thành hiện thực – những vật liệu chứa CO ngày nay? sẽ tồn tại ở dạng hữu ích hơn, có giá trị hơn.

Các mặt phẳng cũng bắt đầu được chế tạo từ các polyme - polyme sinh học là bước tiếp theo. Eric Salard / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Để giấc mơ này được thực hiện, cần nhiều nghiên cứu hơn. Trong khi các ví dụ ban đầu ở đây ngày hôm nay - như một phần Coca-Cola PlantBocity dựa trên sinh học - kỹ thuật sinh học cần thiết để đạt được nhiều polyme sinh học mới hứa hẹn nhất vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu - như một thay thế tái tạo cho sợi carbon nó có thể được sử dụng trong mọi thứ, từ xe đạp đến cánh quạt gió.

Các chính sách của chính phủ hỗ trợ cô lập carbon cũng sẽ giúp thúc đẩy việc áp dụng. Với loại hỗ trợ này, việc sử dụng đáng kể các polyme sinh học để lưu trữ carbon là có thể ngay sau năm năm tới - một mốc thời gian có khả năng đóng góp đáng kể để giúp giải quyết khủng hoảng khí hậu.

Giới thiệu về tác giả

Joseph Rollin, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về năng lượng sinh học, Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia và Jenna E. Gallegos, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về Kỹ thuật hóa học và sinh học, Đại học bang Colorado

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon