Miljøvenlige alternativer til plast er nøglen til bæredygtighedsindsatsen: Er biologisk nedbrydelige plast en løsning?

Tilstedeværelsen og akkumuleringen af mikroplast i vores økosystem er veldokumenteret, og nyere beviser tyder på, at de har skadelige virkninger på forskellige biologiske processer. Efterhånden som vi fortsætter med at opdage mikroplast i vores lunger, arterier og endda i placentaer, lærer vi stadig om deres indvirkning på miljøet og menneskers sundhed. 

Det er den udbredte brug af plast af mennesker, der har ført til mikroplast, som har en tendens til at bestå i miljøet. Mikroplast er små fragmenter, som typisk måler mellem 5 millimeter (mm) og 500 mikrometer (µm) i størrelse, som frigives fra hverdagsplastprodukter. 

Disse partikler stammer fra flasker, poser, emballage og andre plastkilder, såvel som dækaflejringer, syntetiske tekstiler og mikroperler fra personlig pleje. Mikroplast dannes typisk gennem en række fysiske og kemiske processer, herunder abrasion, UV‑nedbrydning, fremstillingsprocesser og fysisk eller kemisk induceret fragmentering.

Akkumuleringen af mikroplast i den naturlige miljø, herunder oceaner, nedbør og jord, skyldes den kemiske natur af petroleumsbaserede plastpolymerer. Disse polymerer er store molekyler bestående af mange mindre, kaldet monomerer. Disse udbredte plasttyper er som regel utilgængelige for biologisk nedbrydning. 

Da de er næsten uforgængelige og kan tage årtier til århundreder at nedbryde, er behovet for et alternativ til traditionelle petroleumsbaserede plast og mikroplast stigende. En løsning på dette er at udvikle plast, der ikke genererer vedvarende mikroplast som en del af deres normale livscyklus. 

Selv hvis plast indsamles og genanvendes korrekt, genererer den stadig mikroplast som følge af normal slitage fra daglig brug eller som følge af genanvendelses‑ eller vaskeprocesser. For at forhindre dette skal vi udvikle nye plastmaterialer, der er fuldstændigt biologisk nedbrydelige, hvilket betyder, at de hurtigt nedbrydes af levende organismer i miljøet.

Så for at hjælpe med dette, en ny undersøgelse af Algenesis Corporation og forskere og professorer ved University of California San Diego skabte en plantebaseret polymer, der nedbrydes på mikropolstniveau inden for syv måneder.

Biologisk nedbrydning er den proces, hvor polymerer nedbrydes til enklere molekyler af mikrober. Disse molekyler kan derefter bruges som en kilde til kulstof til at producere biomasse. For at dette kan ske, skal polymeren have kemiske bindinger, primært i dens primære rygstruktur.

Dette skyldes, at de derefter er fysisk tilgængelige for enzymer, som naturligt genkender disse bindinger som substrater. De underliggende monomermolekyler, der frigives gennem denne enzymatiske kløvning, kan så forbruges af mikroorganismer.

I vores naturlige miljø udføres denne hele proces typisk af en gruppe mikrober såsom bakterier og svampe. Disse mikrober udskiller hydrolytiske enzymer, som nedbryder polymeren og frigiver forskellige oligomerer og monomerer, som mikrober kan bruge som en kulstofnæringskilde. 

Katabolisme af polymer‑afledte monomerer og oligomerer sker derefter, hvilket involverer nedbrydning af komplekse molekyler. Denne proces resulterer i produktion af organismens biomasse og CO₂ via respiration.  

Sagen er, at selvom biobaserede materialer kan udledes fra naturlige, fornybare kilder, gør deres begrænsede biologisk nedbrydelige evne dem i stand til at forblive i miljøet. Denne vedholdenhed kan også skyldes kemisk behandling, der gør dem utilgængelige for biologisk kløvning.

Biologisk nedbrydelige materialer kan faktisk fremstilles fra petroleum og andre fossile ressourcer, da nedbrydelighed afhænger af materialets egenskaber snarere end dets oprindelse.

Opnå det umulige

Undersøgelsen, som modtog finansiering fra Department of Energy (DOE), har til formål at finde biologisk nedbrydelige erstatninger for materialer, der allerede findes. At finde materialer, der ikke samler sig i miljøet, er dog “ikke let”, sagde medforfatter Michael Burkart, som også er medstifter af Algenesis. 

Materialevidenskabsvirksomhedens patenterede Soleic™‑teknologi er verdens første fornybare, fuldt biologisk nedbrydelige og højtydende plastmateriale fremstillet af planter. Algenesis bruger sin materialeteknologi til at producere sko, surfbrætter og fodtøj. Ifølge Burkart, professor i kemi og biokemi ved UC San Diego:

“Vi er kun begyndt at forstå implikationerne af mikroplast. Vi har kun skrabet overfladen af de miljømæssige og sundhedsmæssige påvirkninger.”

Om deres arbejde sagde medforfatter og medstifter af Algenesis Robert Pomeroy, som ligesom Burkart har en ejerandel i virksomheden og er professor i kemi og biokemi, at de for mere end et halvt årti siden først skabte alge‑baserede polymerer. De forstod, at denne polymer ville være fuldstændig biologisk nedbrydelig og kunne “forsvinde i komposten”.

For første gang fik holdet dog mulighed for at måle den på mikropartikel‑niveau. Til dette knuste de materialet til fine mikropartikler, og for at bekræfte, at det blev fordøjet af mikrober, brugte holdet tre forskellige måleværktøjer.

Et respirometer var det første værktøj, som blev brugt til at måle den frigivne kuldioxid (CO₂), når materialet nedbrydes af mikrober. Når nedbrydningen af cellulose blev sammenlignet med industriens standard på hundrede procent biologisk nedbrydelighed, viste resultaterne, at den plantebaserede polymer næsten matchede cellulose med næsten 100%.

Det andet værktøj var vandflydning, en metode der udnytter det faktum, at plast er uopløselig og flyder på vandet, hvilket gør dem lette at fjerne fra overfladen. Test udført efter 90 og 200 dage viste, at næsten al petroleumsbaseret mikroplast blev genvundet. Til gengæld blev kun 32% af alge‑baseret mikroplast genvundet efter ni dage og kun 3% efter 200 dage, hvilket demonstrerer deres høje biologiske nedbrydelighed.

I den kemiske analyse via gaskromatografi/massespektrometri (GCMS) blev tilstedeværelsen af monomerer påvist, hvilket indikerer, at polymeren blev brudt ned til sine oprindelige plantematerialer. 

“Dette materiale er den første plast, der er demonstreret at ikke skabe mikroplast, mens vi bruger den.”

– Medforfatter Stephen Mayfield, medstifter af Algenesis

Han tilføjede yderligere:

“Dette er mere end blot en bæredygtig løsning for produktets livscyklus og vores overfyldte lossepladser. Dette er faktisk plast, der ikke vil gøre os syge.”

Selvom der er gjort betydelige fremskridt, er dette kun begyndelsen. Det næste skridt er at tilpasse det nye materiale til brug med den eksisterende produktionsudstyr, der er bygget til traditionel plast. I den forbindelse har Algenesis sikret partnerskaber med flere virksomheder for at fremstille produkter ved hjælp af plantebaserede polymerer. Disse samarbejder inkluderer Trelleborgs brug af alge‑baserede polymerer i belagte stoffer og produktionen af mobiltelefoncovers med RhinoShield.

Ifølge Burkart:

“Da vi startede dette arbejde, blev vi fortalt, at det var umuligt. Nu ser vi en anden virkelighed. Der er meget arbejde at gøre, men vi vil give folk håb. Det er muligt.”

Er biologisk nedbrydelige plast fremtiden?

Som vi kan se, gennemgår plastsektoren en transformation. Dette er vigtigt, fordi plast udgør omkring 14 % af vores affald, og langt størstedelen ender i havet. Statistisk set producerer vi i øjeblikket over 350 millioner metriske tons plastaffald om året, hvilket forventes at nå en milliard metriske tons inden 2060, hvis der ikke foretages ændringer i de nuværende politikker.

Når man ser på livscyklussen for de fleste plastmaterialer, viser det, at 79 % af al produceret plast ender på lossepladser eller i miljøet, mens kun 12 % forbrændes og 9 % genanvendes. På trods af en betydelig stigning i genanvendelse de sidste fire årtier, er genanvendelse af ikke‑fiberplast fastlåst på 18 %, med næsten ingen tekstilfibre genanvendt. Denne stagnation skyldes i høj grad begrænsningerne i den dominerende form for genanvendelse, som primært handler om at omdanne plastaffald til nye former gennem varme‑ og mekanisk kraft, hvor indgangskvaliteten er afgørende. 

I denne kontekst tager flere og flere virksomheder verden over skridt til at reducere brugen af konventionel plast og erstatte den med mere bæredygtige og miljøansvarlige alternativer.

Biologisk nedbrydelige plast omfatter bioplast, hvis komponenter er afledt af fornybare råmaterialer, samt plast med biologisk nedbrydelige tilsætningsstoffer for at forbedre deres nedbrydelighed.

Bioplast fremstilles typisk af bio‑baserede polymerer og kan bidrage til mere bæredygtige kommercielle plastlivscyklusser. Her laves polymererne af fornybare eller genanvendte råmaterialer. Bio‑baserede plast har typisk et lavere CO₂‑aftryk sammenlignet med fossile plasttyper. De udviser også fordelagtige materialegenskaber og kan yderligere være kompatible med eksisterende genanvendelsesstrømme.

Alt dette, sammen med den stigende bevidsthed, forskning og investering i plastindustrien, har ført til en øget tilstedeværelse af biologisk nedbrydelige plast i vores daglige liv.

Selvom vi stadig er langt fra at fjerne konventionel plast væsentligt fra vores liv, foretages der mange opmuntrende tiltag. Dette inkluderer at finde biologisk nedbrydelige materialer til fremstilling af produkter. Naturligvis er det svært at erstatte plast i mange anvendelser, men i den nærmeste fremtid vil mange produkter blive fremstillet på en mere miljøvenlig måde. 

Miljøvenlige produkter har opnået størst popularitet inden for fødevareemballage, som udgør cirka 39 % af den samlede plastproduktion. Dette fremhæver tydeligt det store potentiale for biologisk nedbrydelige plast i branchen. For eksempel kan plastflasker, afhængigt af produktet, erstattes med biologisk nedbrydelige materialer, hvilket finder anvendelse ikke kun i fødevareemballage men også i nutraceuticals.

Madbakker er et andet godt eksempel (udover skeer, teskeer, gafler og kopper), hvor brug af biologisk nedbrydelige materialer kan gøre det muligt at bortskaffe både beholderen og indholdet i én affaldsbeholder. Andre produkter, der omfavner biologisk nedbrydelige materialer, omfatter kaffekapsler, poser til frugt og grøntsager samt affaldsposer.

Biologisk nedbrydelige plast giver et bredt spektrum af muligheder for fremstilling af forskellig emballage, samtidig med at de bedre opfylder behovene i mange emballageapplikationer såsom fleksibilitet, trykbarhed og barriereforbedringer.

Seneste data indikerer, at det globale marked for biologisk nedbrydelig emballage har enormt vækstpotentiale; i 2022 blev det værdiansat til omkring 87 milliarder dollars, og inden 2029 forventes det at vokse med en CAGR på 6,96 %. Og blandt alle undersegmenter er plast den mest lukrative og forventes at vokse hurtigere end nogen anden materialetype.

Især bioplast, et lovende alternativ til petroleumsbaserede polymerer, har potentialet til at mindske både vores afhængighed af fossile brændstoffer og de emissioner, der bidrager til klimaforandringer.

De mest almindelige biologisk nedbrydelige plast i dag er afledt af stivelse eller cellulose, herunder polylaktid (PLA), poly‑3‑hydroxybutyrat (PHB) og polyhydroxyalkanoater (PHA). Disse materialer anvendes ofte i drikkevare‑, farmaceutisk, personlig‑ og husholdningsplejeindustrien, da de er genanvendelige og biologisk nedbrydelige.

Udover emballage kan biologisk nedbrydelige plast finde anvendelse i landbrugssektoren, hvor de kan bruges i muld, som er dyrt at genanvende. Komposterbar muld ville eliminere behovet for at indsamle affaldet, da den ville forsvinde inden for få måneder uden at efterlade mikroplast, der kan bestå i årtier.

Selvom der er mange fordele og anvendelser, har biologisk nedbrydelige plast ulemper i form af højere omkostninger og negative landbrugseffekter. Dog kan nye biologiske og kemiske metoder, teknologiske fremskridt, økonomiske incitamenter og klare reguleringer hjælpe med den store‑skala anvendelse af bioplast og skabe en bæredygtig indvirkning.

Derfor undersøger forskere aktivt bedre materialer og renere produktionsmetoder for forbedrede egenskaber og nye generationers anvendelser. Med 43,5 % er Europa i øjeblikket førende inden for kommerciel fremstilling af bioplast, hvilket er forventet at nå 7,6 millioner ton i 2026. 

Konklusion

Efter mange års studier er det nu velkendt, at mikroplast akkumuleres i alle fysiske miljøer, såsom vandløb, jord og nedbør, og endda spredes i luften. På grund af deres udbredelse er mikroplast nu en del af fødekæden, og beviser tyder på, at de kan forårsage betydelig skade på mennesker, dyr og økosystemer.

Dette har sat gang i forskning i biologisk nedbrydelige materialer, som udgør et mere miljøvenligt alternativ til traditionelle plasttyper. Ud over udviklingen af nye materialer arbejdes der på at implementere universelle standarder. Derudover er der behov for adfærdsændringer mod mindre plastforbrug og øget brug af produkter fremstillet af bioplast.

Sammen har de bestemt potentialet til at skabe en positiv indvirkning ved at afbøde plastaffaldskrisen og CO₂‑udledninger. Det er dog vigtigt at bemærke, at selv biologisk nedbrydelig plast kræver korrekte komposteringsforhold for at leve op til sit løfte. Samlet set tager vi gradvise skridt mod en grønnere fremtid.

Klik her for listen over de fem bedste bioplastvirksomheder.