Plant Plastics Seed New Tech, Fra Miatas Til Tea Bags

{h1}

Plastik har i bedste fald et blandet ry, men med nye teknikker til håndværk af holdbare plantebaserede polymerer, finder "grønne" materialer sig nu i alt fra biler til lim.

Jacqueline Conciatore er videnskabsforfatter for US National Science Foundation. Hun har bidraget med denne artikel til WordsSideKick.com's Ekspert stemmer: Op-Ed & Insights.

Det er ikke længere almindeligt at høre "Papir eller plastik?" i supermarkedet. I mange jurisdiktioner er plastikindstillingen dæmpet. Hundredvis af lokale regeringer rundt om i verden - selv hele lande som Kina og Indien - forbyder eller beskatter lette, engangsbrugsposer.

Hvert år i USA træffer flere regeringer sådanne restriktioner, som er en del af et større skifte væk fra oliebaseret plast. Efterhånden som folk bliver mere bekymrede over udkast til deponering (eller værre for det åbne hav) og problemerne forbundet med fossile brændstoffer, ser virksomheder af alle størrelser ud over "traditionel" petroleumsbaseret plast til alternativer stammer fra planter eller endda syntetiseret af mikroorganismer.

Forskere ved Center for Sustainable Polymers sigter mod at udvikle økonomisk konkurrencedygtige og miljøvenlige polymerer, der overgår deres traditionelle modparter. Bioplaster fremstilles helt eller delvist fra vedvarende biomassekilder såsom sukkerrør og majs, eller fra mikrober som gær. Nogle er biologisk nedbrydelige eller endda komposterbare.

Forskere ved Center for Sustainable Polymers sigter mod at udvikle økonomisk konkurrencedygtige og miljøvenlige polymerer, der overgår deres traditionelle modparter. Bioplaster fremstilles helt eller delvist fra vedvarende biomassekilder såsom sukkerrør og majs, eller fra mikrober som gær. Nogle er biologisk nedbrydelige eller endda komposterbare.

Kredit: NSF

Den bioplastiske revolution

Bioplaster fremstilles helt eller delvist fra vedvarende biomasse kilder som sukkerrør og majs eller fra fordøjelsen af ​​mikrober som gær. Nogle bioplaster er biologisk nedbrydelige eller endda komposterbare under de rette forhold. [Citizen Science har til formål at oprydde Pacific Plastics]

Disse nye, mere miljøvenlige plaster skærer op på alle mulige steder, fra teposer til 3D-trykmedier til medicinske implantater.

Ifølge US Environmental Protection Agency frembragte USA i 2012 næsten 32 millioner tons plastaffald, men kun 9 procent af det blev genvundet til genanvendelse og efterlod ca. 29 millioner tons. Nogle af det ender i lossepladser, og noget af det ender som jordskrald eller i havet.

Ifølge US Environmental Protection Agency frembragte USA i 2012 næsten 32 millioner tons plastaffald, men kun 9 procent af det blev genvundet til genanvendelse og efterlod ca. 29 millioner tons. Nogle af det ender i lossepladser, og noget af det ender som jordskrald eller i havet.

Kredit: NSF

For eksempel kan forbrugerne i Finland købe mælk i kartoner af Tetra Pak, der er 100 procent plantebaserede. I USA brugte et lille firma, der hedder Iris Industries, Kickstarter til at komme ud af jorden med "Denimite", en marmoriseret blå komposit fremstillet af genanvendt denim og et termohærdende harpiksbindemiddel, der er delvist bio-baseret. Og NSF-finansierede Ecovative laver et pakkemateriale kaldet Myco Foam, der er designet til at erstatte polystyrenemballage, den bane af miljøbevidste forbrugere, der alligevel køber udtagsmåltider.

Bio-baseret plast er stigende. Det blomstrende europæiske marked for bioplastik vokser med mere end 20 procent om året. Den globale efterspørgsel forventes at stige med 19 procent årligt frem til 2017, ifølge markedsundersøgelsesgruppe Freedonia. Den globale produktionskapacitet sættes til at stige med 400 procent inden 2018, idet de fleste bioplaster produceres i Asien, ifølge European Bioplastics (EUBP), en sammenslutning, der repræsenterer industriens interesser i Europa.

Emballage har været og er stadig en af ​​de mest almindelige anvendelser til bioplaster, men der er vækst på andre områder, såsom tekstiler og automotive applikationer.

"Fra funktionelle sportsbeklædningsgenstande med øget åndbarhed til brændstofledninger spredes bioplastik konstant til nye markeder," sagde EUBP-formanden François de Bie.

Selv sportbilmarkedet værdsætter bioplastik. Mazda meddelte i sidste år, at det ville bruge en ny bioplast i det indre (og i sidste ende udvendig) af sin MX5 Miata. I en pressemeddelelse fra december 2014 siger selskabet, at den plantebaserede plast, som den udviklede med Mitsubishi Chemical Corp., kan farves og har en højere, mindre giftig finish end traditionelle malede overflader.

På samme måde sagde Ford Motor Co. i juli sidste år, at det vil arbejde med Heinz for at gøre plast ud af overladte tomatskind til brug i bilbeslag og opbevaringskasser.

En egenskab, som forskere tester for i plastik, er strækbarhed.

En egenskab, som forskere tester for i plastik, er strækbarhed.

Kredit: NSF

Hvordan plast er født

Al denne aktivitet er spændende, men det meste af dagens plast kommer stadig fra en uudnyttet ressource: råolieindskud i jorden. Olien ekstraheres og sendes til et raffinaderi, der skal destilleres, og giver et mellemprodukt kaldet naphtha. Inten varme hjælper "crack" naphtha til mindre carbonhydridmolekyler som ethylen og propylen. Disse kemikalier kombineres med en katalysator og polymeriseres til dannelse af kæder af mange sammenknyttede molekyler - de materialer, vi kender som plast.

Forskellige typer plast vil have varierende polymerstrukturer og forskellige egenskaber (sejhed, stivhed, styrke, gennemsigtighed osv.). Fabrikanter køber derefter bulkpelletspulver, granulat eller væsker til fremstilling af plast i forskellige former ved anvendelse af processer som ekstrudering eller sprøjtestøbning.

Skubbet til at bruge alternative, mere fornyelige foderlagre hviler på stigende bekymringer om indvirkningen af ​​petrokemikalier på sundhed og miljø samt den kridthed, folk føler om at stole på endelige fossile brændstofressourcer. Mange oliebaserede plastik bryder ikke ned i hundreder eller endog tusinder af år - carbon-carbon-bindingerne, der danner polymererne, er det holdbare. Ifølge U.S.Miljøbeskyttelsesagentur (EPA), i 2012 genererede USA næsten 32 millioner tons plastaffald, men kun 9 procent af det blev genvundet til genanvendelse, hvilket efterlod omkring 29 millioner tons. Meget af resten slutter i lossepladser, som jordskrald eller i havet.

Derudover har petrobaseret plast været forbundet med sundhedsmæssige bekymringer som hormonforstyrrelser, og undersøgelser viser, at potentielt skadelige plastiske kemikalier ophobes i menneskekroppen.

Med støtte fra National Science Foundation søger kemiker Marc Hillmyer fra University of Minnesota og et hold på Center for Sustainable Polymers at omdanne den måde, plast fremstilles og fremstilles.

Med støtte fra National Science Foundation søger kemiker Marc Hillmyer fra University of Minnesota og et hold på Center for Sustainable Polymers at omdanne den måde, plast fremstilles og fremstilles.

Kredit: NSF

Plantning af den næste plastikafgrøde

For at stimulere løsninger fremmer nogle regeringer globale og nationale bio-baserede økonomier eller såkaldte bioøkonomier. I 2012 udgav Obama-administrationen en National Bioeconomy Blueprint, der kræver øget forskning og udvikling, teknologioverførsel, træning og andre skridt til at drive landets bioekonomi. Virksomheder er interesseret i at følge den førende - faktisk kan de faktisk være forud for forbrugerne, hvoraf nogle ikke er villige til at betale en præmie for grønnere plast. [Smedning af biologisk nedbrydelig plast fra metan og planteaffald]

"Forbrugerne vil have disse materialer, og de vil være mere bæredygtige", siger Marc Hillmyer, direktør for University of Minnesota's Center for Sustainable Polymers (CSP). "Men de vil generelt ikke gøre det til en pris. Hvad vi hører fra industrien er:" Ja, vi har naturligvis virksomheder, der er afhængige af petrokemiske foderbeholdere, og vi vil selvfølgelig være rentable i disse virksomheder. Men vi vil have at være en del af fremtiden også, "tilføjede Hillmyer.

Næsten tre dusin virksomhedsselskaber støtter CSP's arbejde, herunder 3M, Ashland, BASF, Coca-Cola, General Mills, Henkel, Kimberly-Clark, Natureworks og Schlumberger, som udgør centrumets industrielle rådgivende bestyrelse.

Coca-Cola har været en af ​​de største virksomhedsledere inden for bioplastudvikling, med en genanvendelig "PlantBottle", der delvist fremstilles af PET (polyethylenterephthalat) afledt af sukkerrør. PlantBottle emballage tegner sig for 30 procent af virksomhedens emballage i Nordamerika og 7 procent globalt, "gør Coke verdens største bioplastiske slutbruger," siger selskabet. Virksomheden har også sagt, at det vil have sine flasker til at være 100 procent fremstillet af plantebaseret plast inden 2020.

Alternativ plast vises også i nicheprodukter. For eksempel udgav vinkorkproducent Nomacorc sidste år en genbrugelig kork lavet af fornybar plantebaseret polyethylen, og et finsk firma kaldet Ahlstrom sælger teposer lavet af polymælkesyre (PLA), der stammer fra ressourcer som majsstivelse og sukkerrør, og er en af ​​de mest anvendte bioplaster.

Omkostningerne ved grønne

Forskere, der arbejder med virksomheder, udfordres til at lave et materiale, som ikke kun er biologisk nedbrydeligt og ikke-toksisk, men også omkostningseffektivt.

"Mange mennesker, herunder os, er meget gode til at lave dyre polymerer, der hjælper os med at udvikle grundlæggende videnskab, men det er ikke økonomisk alt det levedygtige," sagde Hillmyer. "Og det, hvad vi virkelig forsøger at understrege i centrum, igen med industriel input, er hvordan gør vi det økonomisk?"

Hidtil har Hillmyer og hans kolleger haft flere succeshistorier:

  • Centret udviklede et biologisk nedbrydeligt klæbemiddel, lavet af PLA og en mentolbaseret polymer, som på en dag kunne gøre genbrug af klisterblade mere effektivt og miljøvenligt. (De fleste klæbende noter er petroleumsbaserede og har tendens til at gumpe op genvindingsudstyr.)
  • Centret har identificeret en måde at anvende additiver til at forbedre PLA's sejhed med en faktor på mere end 10.
  • De har opdaget en ny, højtydende bio-baseret elastomer (en elastisk polymerlignende gummi), der kunne være en økonomisk, drop-in erstatning for nuværende oliebaserede materialer.

Hvis du er en aktuel ekspert - forsker, virksomhedsleder, forfatter eller innovatør - og gerne vil bidrage med et op-ed-stykke, mail os her.

Hvis du er en aktuel ekspert - forsker, virksomhedsleder, forfatter eller innovatør - og gerne vil bidrage med et op-ed-stykke, mail os her.

Der er mange andre udfordringer i at udvikle nye materialer og få dem fra laboratoriet til markedet.

"Vores undervisere, kandidatstuderende og postdocs hører jævnligt fra industrien om de udfordringer, som [virksomheder] står over for, når de forsøger at introducere et nyt materiale på markedet," siger direktør Laura Seifert, CSP. "Kan den opskaleres til en industriel proces på en økonomisk levedygtig måde? Kan materialet bruges i eksisterende infrastruktur, eller skal vi bygge en helt ny plante for at vedtage denne nye teknologi? Og i slutningen af ​​livet... vil det medføre mere skade end godt at introducere dette i vores genbrugsstrøm? "

"Det er hårde problemer," sagde Hillmyer. "Hvis det var let, ville nogen have gjort det."

Mens polymerindustrien ikke skifter over natten, er forandringen i det lange løb uundgåelig, tilføjede han. "De studerende og postdoktorale og undergraduates... i centrum er drevet af disse principper. Så vi har ikke svært ved at overbevise dem om, at dette er noget de skal gøre. De vokser op i denne verden [spørger] 'Hvordan gør vi vores verden mere bæredygtig?' "

Følg alle spørgsmålene og debatterne fra Expert Voices - og blive en del af diskussionen - på Facebook, Twitter og Google+. Synspunkterne er de af forfatteren og afspejler ikke nødvendigvis udgiverens synspunkter. Denne version af artiklen blev oprindeligt udgivet på WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




Forskning


Hvordan Green Engineering Works
Hvordan Green Engineering Works

Hvor Varmt Er Helvede?
Hvor Varmt Er Helvede?

Videnskab Nyheder


Top 5 Gamle Incan Opfindelser
Top 5 Gamle Incan Opfindelser

Sådan Håndteres Sæsonbetinget Affektiv Lidelse
Sådan Håndteres Sæsonbetinget Affektiv Lidelse

Harvard Scientists Siger, At Udlændinge Kan Forklare Bisarre Interstellære Objekter 'Oumuamua (Men Sandsynligvis Ikke)
Harvard Scientists Siger, At Udlændinge Kan Forklare Bisarre Interstellære Objekter 'Oumuamua (Men Sandsynligvis Ikke)

Når Antibeser Kommer, Trives En Indfødt Plante
Når Antibeser Kommer, Trives En Indfødt Plante

Wicked Lasers 'Lightsaber' Kan Brænde Øjne Og Hud
Wicked Lasers 'Lightsaber' Kan Brænde Øjne Og Hud


DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com