החיפוש אחר פלסטיק בר קיימא

כאשר פולימרים מבוססי נפט מטפלים באוקיאנוסים ומזרים את חיינו, החוקרים מחפשים דרכים ידידותיות יותר לסביבה לענות על הביקוש לחומרים עמידים ורב-תכליתיים. פליקר: צילום: בו עיד (פליקר / קריאייטיב קומונס) 

29 ביולי 2015 - גורל האוקיאנוסים העולמיים עשוי לנוח בתוך מיכל נירוסטה שאינו בגודל של חבית בירה קטנה. בפנים, חיידקים מהונדסים גנטית הופכים את סירופ התירס למסה מכבידה של פולימרים שניתן לייצר בעזרתם מגוון רחב של פלסטיק נפוץ.

"זה קצת כמו להכין יוגורט," אומר אוליבר פופלס, מנהל המדע הראשי של מטבוליקס, בע"מ.

החברה הממוקמת בקיימברידג 'שבמסצ'וסטס, שבה ביו-פלסטיקה מתעצבת בתאי תסיסה בקנה מידה מעבדה, היא אחד ממספר הולך וגדל של עסקים ומוסדות הפועלים לפיתוח תחליפים תחרותיים וידידותיים יותר לסביבה של פלסטיק קונבנציונאלי, העשויים מדלקים מאובנים. להתפרק והופכים את האוקיאנוסים שלנו לים של פלסטיק צף.

"ראינו את הגידול העצום הזה בייצור פלסטיק שמביא לעלייה גם בזרם הפסולת", אומרת ג'נה ג'מבק, חברת סגל בהנדסת סביבה באוניברסיטת ג'ורג'יה. "בניגוד לחומר שמתכלה, בפלסטיק יש את כל הנושאים האלה. הוא עובר בקלות לנתיבי מים, הוא מתפרק פיזית לחתיכות קטנות יותר שקשה מאוד או בלתי אפשרי לאיסוף, [והוא נוטה] לספוג מזהמים כימיים שכבר נמצאים בסביבה. "


גרפיקת מנוי פנימית


כ -4.8 מיליון עד 12.7 מיליון טון פלסטיק (5.3 מיליון עד 14 מיליון טון) פלסטיק, או עד 4 אחוזים מכ -300 מיליון טונות הפלסטיק (330 מיליון טון) המיוצרים מדי שנה, נכנסו לאוקיאנוס כפסולת בשנת 2010. הנתון צפוי לגדול פי עשרה בעשור הקרוב ככל שייוצר יותר פלסטיק ויהיה מתחמק ממאמצי ניהול פסולת ומיחזור, על פי מחקר של ג'מבק ועמיתיו. שפורסם מוקדם יותר השנה בכתב העת מדע.

איזו השפעה יש לכל הפלסטיק הזה על יצורים חיים, כולל בני אדם, נשאר לא ברור. מספר מחקרים שנערכו לאחרונה מראים כי כימיקלים בפיסות פלסטיק קטנות, ואפילו פיסות הפלסטיק עצמן, יכולים להצטבר בציפורים, בדגים ובחיים ימיים אחרים. בדיקות מעבדה הראו כי הכימיקלים המרכיבים אותם עלולים לגרום לתופעות בריאותיות שליליות, כולל נזק לכבד הפרעה אנדוקרינית באמצעות ביטוי גנים שונה. בין אם תופעות דומות מתרחשות מחוץ למעבדה ובין אם הן מרחיבות את שרשרת המזון לאנשים שאוכלים אורגניזמים ימיים נותרה לא ידועה, אך עם זאת, שניהם נראים סבירים לחלוטין.

וזה לא הכל. פלסטיק ידוע לשמצה גם במחלקת גזי החממה. בערך 8 אחוזים מהנפט שמשתמשים ברחבי העולם בכל שנה הולכים לייצור פלסטיק ישירות או להניע את תהליכי ייצור הפלסטיק, על פי דו"ח עדכני של מכון Worldwatch.

"למרות שאנשים מרגישים שהם רוצים להשתמש בפחות פלסטיק ולא יותר, העובדה היא שפלסטיק הם חומרים מודרניים שהופכים את המכוניות לקלות יותר, מטהרים מים ומוסיפים תועלת אדירה ליישומי בריאות וביטחון." - מארק הילמיר למה לא רק להפחית את השימוש שלנו? ראשית, פלסטיק הוא תכליתי להפליא, ועונה על מגוון הצרכים לגמישות, עלות ופרמטרים אחרים שמחליפים חומרים יהיה קשה להתאים. לא רק זאת, אלא שגם חומרים תחליפיים מציגים את ההשפעות השליליות שלהם על הסביבה, החברתית והבריאותית.

"למרות שאנשים מרגישים שהם רוצים להשתמש בפחות פלסטיק ולא יותר, העובדה היא שפלסטיק הם חומרים מודרניים שהופכים את המכוניות לקלות יותר, מטהרים מים ומוסיפים תועלת עצומה ליישומי בריאות וביטחון", אומר מארק הילמיר. מנהל ה- מרכז לפולימרים בר קיימא באוניברסיטת מינסוטה במיניאפוליס.

במילים אחרות, יש סיבות מוצקות לחיפוש אחר אלטרנטיבות בר קיימא יותר לפלסטיק קונבנציונאלי - כלומר פלסטיק צמחי. מה שמכונה ביו-פלסטיקה מסוגלים להתדרדר, ולהפחית באופן דרמטי את הסיכון שהם בסופו של דבר מזהמים יבשה או ים. הם גם מורידים את התלות שלנו בדלקים מאובנים, ומפחיתים את טביעת הרגל הפחמנית של הפלסטיק. על פי פליטת גזי חממה הקשורים לביו-פלסטיק נמוכה ב -26 אחוז מאלה הקשורות לפלסטיק קונבנציונאלי ניתוח מחזור חיים עדכני של פלסטיק על בסיס תירס ועל בסיס נפט על ידי חוקרים מאוניברסיטת מישיגן.

חלופות מתפתחות

עם זאת, מציאת חלופות שאינן מבוססות נפט וניתנות לפירוק לפלסטיקה של ימינו, אינה קלה. פלסטיק עשוי תירס, קנה סוכר או חומר צמחי אחר אינו בהכרח מתכלה, וההשפלה יכולה להתרחש כשאתה רוצה בכך יכולה להיות קשה.

"אתה לא רוצה ששקית הניילון שלך תתכלה בזמן שאתה משתמש בה," אומר הילמייר. "מצד שני אתה רוצה שהוא יתכלה במהירות כאשר אתה נכנס לסביבה אחרת."

בעוד כימאים התקשו לנסח מחדש את הפלסטיק על בסיס נפט כך שיוכלו להתפרק, מתעוררות מספר חלופות מתבססות ביולוגיות.

למרות הצלחות אלו ואחרות אחרונות, הביו-פלסטיק נותר חלק קטן מהתעשייה כולה. חברת נטורוורקס, הממוקמת במינטונקה שבמינסוטה, היא אחת היצרניות המובילות בעולם של פלסטיק ביולוגי. החברה מייצרת חומצה פולילקטית, או PLA, פלסטיק מתכלה שהיא ממקנה מעמילן התירס ומייצרת מגוון רחב של מוצרי צריכה - כולל סכו"ם לשימוש חד פעמי, כוסות ואריזות - שמתפרקים בסוף חייהם השימושיים. מתקן הייצור הראשוני של החברה בבלייר, נברסקה, עלה לרשת בשנת 2002 ויכול לייצר 140,000 טון (150,000 טון) PLA בשנה. לאחרונה הודיעה החברה כי היא מתכננת לפתוח מפעל שני בדרום מזרח אסיה שישתמש בקנה סוכר כמוצרי המזון שלו.

יצרנית מובילה נוספת של ביו פלסטיק היא חברת קוקה קולה, שהשיקה בשנת 2009 את PlantBottle, בקבוק שתייה עשוי פוליאתילן טרפטת - PET - המכיל עד 30 אחוז חומר ביו-בסיסי. הבקבוקים אינם מתכלים, אך בניגוד לרוב הפלסטיק המבוסס על ביו, ניתן למחזר אותם יחד עם PET קונבנציונאלי, פלסטיק ממוחזר בדרך כלל. מאז 2009 החברה ייצרה 35 מיליארד מה- PlantBottles המקוריים שלה. ביוני 2015 חשפה החברה גרסה חדשה שמבוססת על ביו 100 אחוז.

למרות הצלחות אלו ואחרות אחרונות, הביו-פלסטיק נותר חלק קטן מהתעשייה כולה. החומרים מתאימים היטב למוצרים לשימוש חד פעמי כגון כפיות ובקבוקים בהם הצרכנים מוכנים לשלם פרמיה עבור מוצרים בר קיימא יותר. עמידות גבוהה, יישומים פחות נראים לעין - למשל צינורות מים עשויים PVC המשמשים בדרך כלל בצנרת מגורים ומסחר - עשויים עדיין כולה מפלסטיק קונבנציונאלי. בסך הכל, פחות מ- 0.5 אחוז מכל הפלסטיק מגיע ממקורות שאינם נפט, על פי האגודה לתעשיית הפלסטיקה, קבוצת סחר בתעשייה שבסיסה בוושינגטון הבירה.

הרגולציה הממשלתית, לעומת זאת, מובילה לשימוש מוגבר בביו-פלסטיקה. בשנת 2014 אילינוי אסרה על חרוזי מיקרו, שוחקים מפלסטיק זעירים הנפוצים בשפשופי פנים, שמפו ומשחת שיניים, עקב חששות מפני השפלה סביבתית באגמים הגדולים. בקוטר של פחות ממילימטר אחד, חרוזי מיקרו קטנים מכדי לסנן אותם על ידי מערכות לטיפול בשפכים ונמצאו בסביבות מים מתוקים והן בסביבות ימיות.

פלסטיק אורגני 8 7מוצרי צריכה שניתן לייצר מ- PHA מתכלה כוללים שקיות, כלים ומעילי כבלים חשמליים. תמונה באדיבות מטבוליקס.

עם צפוי איסור פדרלי על חרוזי מיקרו, מטבוליקס שותפה עם Honeywell בחודש מרץ כדי לייצר אלטרנטיבה מתכלה לחרוזי מיקרו. חרוזי המיקרו ששתי החברות מפתחות עשויים מפוליהידרוקסי אלקנואטים, או PHA, פלסטיק על בסיס ביו שהוא יקר יותר אך גם תכליתי יותר מ PLA. חרוזי המיקרו ששתי החברות מפתחות מיוצרים על ידי תסיסת עמילן תירס, אם כי הם יכולים להיות מיוצרים גם מגידולים שאינם אוכלים כגון עשב מתג. מיקרו-חרוזי PHA יתפרקו לפחמן דו-חמצני ולמים בתוך כמה חודשים באותו שיעור כמו תאית או נייר, אומר Peoples.

סביב הצדדים למטה

כאשר אנו מגבירים את הסתמכותנו על פלסטיק שמקורם בגידולים כגון תירס או קנה סוכר, נוכל להכניס חששות סביבתיים חדשים מבלי משים. מחקר שנערך לאחרונה בכתב העת ייצור מנקה ציין ביו-פלסטיקה שגדלה מחומרי גלם חקלאיים השתמש בכמויות משמעותיות של מים, חומרי הדברה ודשנים העלולים לגרום לזיהום אוויר ומים ולהתחרות על אדמה בגידולים הגדלים למאכל.

אחת הדרכים האפשריות לעקוף את הצדדים למטה של ​​פלסטיק צמחי תוך הפחתת התלות בנפט היא שימוש ב- CO2 כחומר הזנה במקום. חברת נובומר, שנבנתה ממחקר באוניברסיטת קורנל באיתקה, ניו יורק, הופכת את פסולת CO2 ממפעלי ייצור אתנול לפלסטיק. החברה מייצרת פוליאולים - פולימרים המשמשים לייצור קצף גמיש המצוי במזרנים, כריות מושב ובידוד, כמו גם מגוון ציפויים וחומרי איטום מיוחדים.

"אם המזרן שלך היה עשוי מחומר שלנו, זה היה בערך 22 אחוזים לפי משקל פחמן דו חמצני," אומר פיטר שפרד, סמנכ"ל הפולימרים של נובומר. "זה לוקח גז חממה שהוא חומר פסולת והופך אותו למוצר יקר ערך. "

בדרך כלל CO2 הוא אינרטי מכדי להגיב עם תרכובות אחרות, מה שמקשה על השימוש בו בפלסטיק או ביישומים אחרים. ג'פרי קואטס, פרופסור לכימיה באוניברסיטת קורנל באיתקה ומייסד שותף של נובומר, פיתח זרז שהגביר את תגובתיות CO2 ובו בזמן להאט את תגובתיותו של מרכיב פוליאולי מרכזי אחר - מה שמקל על שילוב CO2 לתוך הפולימר שנוצר.

"זה כמו שאם יש לך ילדים ואתה נותן להם פיצה וברוקולי ואתה אומר להם בכל פעם שאתה נוגס בפיצה אתה צריך לנגוס בברוקולי", אומר קואטס, שהוא גם חבר במרכז לפולימרים בר קיימא. .

האתגר הגדול ביותר עבור ביו פלסטיקה הוא שהם מתחרים בפלסטיקה קונבנציונאלית, חומרים זולים להפליא שהושלמו מזה 60 שנה, אומר שיר. הפוליאולים המיוצרים על ידי נובומר ניתנים להתכלה אך מאבדים את פירוקם בשילוב עם כימיקלים מבוססי נפט כדי לייצר קֶצֶף.

למרות שהחברה מתמקדת כרגע בייצור קצף ואיטום, שפרד אומר CO של נובומר2ניתן להשתמש בפולימרים מבוססי ייצור פלסטיק מתכלה עם CO2 תוכן של עד 50 אחוז.

האתגר הכי גדול

למרות צמיחה חזקה בשנים האחרונות, יש האומרים כי ביו-פלסטיקה לא עמדו בפוטנציאל שלהם.

"תעשיית הביו-פלסטיקה לא הצליחה ליצור פולימרים שהם אטרקטיביים מספיק מבחינת התמחור ומבחינת הנכסים שיגרמו לעולם להיות מוכן לשנות", אומר פרדריק שיר, לשעבר מנכ"ל Cereplast, חברת הביו-פלסט המובילה בעבר. שהכריזה על פשיטת רגל בשנת 2014.

האתגר הגדול ביותר לביו-פלסטיקה הוא שהם מתחרים בפלסטיק קונבנציונאלי, חומרים זולים להפליא שהושחמו מזה 60 שנה, אומר שיר.

"אנשים מודעים במקצת להשפעה הסביבתית של חומרים מבוססי נפט שלא יתפרקו ביולוגית, אבל הם לא מוכנים להוציא את הדולרים הנוספים כדי לדחוף סוגים חדשים של חומרים", הוא אומר.

התחרות עם פלסטיק על בסיס נפט רק התגברה בשנה האחרונה מכיוון שמחיר הנפט ירד למחצית. "כדי להיות תחרותיים עם חומרים מבוססי נפט מסורתיים היינו צריכים שמחיר הנפט יהיה איפשהו בסביבות 130 דולר, 140 דולר לחבית", אומר שיר. "ברור, במחיר של 50 דולר לחבית אנחנו רחוקים מהיכולת להתחרות."

שיר אומר כי היכולת לייצר את כל הפלסטיק העולמי ממקורות שאינם נפט, אך לשם כך תידרש תמיכה ממשלתית משמעותית. "זה יצטרך להיות מונע על ידי רגולציה שתאלץ את עלות הפלסטיק ואת עלות הנפט להיות גבוהות משמעותית ממה שהיא כרגע", הוא אומר.

מתחרה מפוליאתילן?

אם פלסטיק בר-קיימא שמקטין את התלות שלנו בדלקים מאובנים ומתכלה בסוף החיים השימושיים שלהם יעבור למיינסטרים, הם יצטרכו להיות מסוגלים להכניס לא רק יישומי מיקרו-חרוזים, קצף ואחרים אלא גם עבור תרמופלסטים - נמוכים פולימרים בעלות עלות ועיצוב הכוללים יותר מ 80 אחוז ממאות מיליוני טונות הפלסטיק המיוצרים מדי שנה.

Coates עובד כעת על ביו-פולימר חדש בעל מאפיינים דומים או אולי טובים יותר מפוליאתילן, התרמופלסטיק המיוצר ביותר המשמש לייצור כל דבר, החל משקיות אשפה ועד בקבוקי מים ועד צעצועי פלסטיק.

אפילו שכבה דקה של פוליאתילן חזקה להפליא, ויוצרת למשל מעטפות דואר שכמעט בלתי אפשריות לפתיחה ללא מספריים או קנקני חלב שלא נשברים כשמטילים אותם על הרצפה. "רוב זה בגלל שזה חומר גבישי למחצה", אומר קואטס. "רשתות [הפולימר] אורזות זו לצד זו בצורה מאוד הדוקה וספציפית שבסך הכל נותנת תכונות די מרשימות."

ב מחקר שפורסם בשנת 2014 כתב העת של האגודה האמריקנית לכימיה, Coates ועמיתיו בקורנל תיארו חומר חדש בעל מבנה חצי-גבישי שעשוי מחומר סוכר ובעל תכונות הדומות לפוליאתילן, אך הוא מסוגל להתפרק טוב יותר בתום חייו השימושיים.

"זה לא קורה בן לילה, אבל אני חושב שיש [אינדיקציות חיוביות מסוימות] שיכולות להיות מתחרה אמיתית לפלסטיק כמו פוליאתילן", אומר הילמיר.

החומר החדש, המכונה פולי (פוליפרופילן סוקסינאט), לא נבדק כדי לראות כמה מהר הוא יתפרק במזבלה או בסביבה ימית. אך בהתבסס על הרכבו, אומר קואטס, עליו להתחיל להתפרק במים לאחר מספר חודשים, פרק זמן שיעלה על אורך החיים השימושיים של מרבית מוצרי השימוש החד פעמי. פולי (פוליפרופילן סוקסינט) מתפרק לפרופילן גליקול וחומצה סוצינאית, חומרים לא רעילים שמופחתים עוד יותר ל- CO2 ומים כאשר הם נבלעים על ידי חיידקים.

"אם היית צריך לאכול מוצרי פירוק פולימרים, אלה היו אלה שאתה רוצה", אומר קואטס.

אין זה סביר כי פולי (פוליפרופילן סוקסינאט) יעלה אי פעם פחות על בסיס קילו-קילו מאשר פוליאתילן קונבנציונאלי, אך המבנה הגבישי הייחודי שלו מציע שהוא יכול לבצע ביצועים טובים יותר מאשר עמיתו לנפט. אם כן, יצרני ביו-פלסטיק יוכלו מתישהו להתחרות בתעשיית הפלסטיק של ימינו על ידי ייצור דברים כמו קנקני חלב עם חומר פחות משמעותי מפלסטיק על בסיס נפט.

קרב העלייה

לאחר תקנות ממשלתיות גורפות המחייבות מחיר על פחמן או מחייבות את פירוק הביולוגי של כל הפלסטיק, הביו-פלסטיק יצטרך למצוא דרכים להתחרות על פלסטיק קונבנציונאלי אם הם אי פעם ימלאו יותר מיישומים נישתיים.

זה קרב בעלייה - אבל כזה שמוצר אחר שנישה פעם, הפאנל הסולארי, מנצח יותר ויותר.

בשנת 2007 אנרגיה סולארית היוותה פחות מ- 0.1 אחוזים מייצור החשמל האמריקני. בזכות כושר ההמצאה והחדשנות, מחיר המודולים הפוטו וולטאיים ירד מ -4 דולר לוואט ל -0.50 דולר לוואט, מה שהופך את השמש למקור החשמל הצומח ביותר במדינה.

האם מי שעוסק בביו-פלסטיק עשוי לראות שינוי ים דומה? בסופו של דבר, הרבה מאוד אנשים ירכבו לא רק על מידת ההתמוטטות של המוצרים שלהם, אלא על כמה שהם יכולים לפרק את היתרון התחרותי של פלסטיק קונבנציונאלי.צפו בדף הבית של Ensia

על המחבר

מקנה פילפיל מקנה הוא סופר עצמאי שמתעניין בהתכנסות של אנשים מרתקים ורעיונות מסקרנים. הוא כותב בעיקר על אנרגיה וסביבה תוך התמקדות באנשים שמאחורי החדשות. עבודתו מופיעה ב אל האני ניו יורק טיימס, סמיתסוניאן, WIRED, אודובון, מדען חדש, סקירה טכנולוגית, MATTER ונובה, שם הוא עורך תורם.

מאמר זה הופיע במקור Ensia

ספר קשור:

at

לשבור

תודה על הביקור InnerSelf.com, איפה הם 20,000 + מאמרים משנים חיים המקדמים "עמדות חדשות ואפשרויות חדשות". כל המאמרים מתורגמים ל 30 + שפות. הירשם למגזין InnerSelf, המתפרסם מדי שבוע, ולהשראה היומית של מארי טי ראסל. מגזין InnerSelf פורסם מאז 1985.