Materialevidenskab
Vores afhængighed af petroleum kan mindskes ikke kun gennem elbiler, men også gennem bæredygtig plast
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Using Crops To Produce Sustainable Plastics
Når vi tænker på olie, tænker vi primært på brændstof til biler, skibe og fly. Men petrokemikalier, hvoraf en stor del er plast eller komponenter til at fremstille plast, udgør 12 % af den globale olieefterspørgsel.
Selvom olieforbrug ofte betragtes som en forurener på grund af CO₂‑udledning, er mikroplast også en voksende bekymring. Plastproduktion fra olie bidrager til udledning af både kulstof og mikroplast.
Derfor er det gode nyheder, at mere bæredygtige plastmaterialer nu er på horisonten.
Forskere fra Schweiz’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), University of Applied Sciences and Arts of Western Switzerland og University of Manchester har udviklet en kilde til bæredygtig plast fra landbrugsaffald.
Mere præcist har de skabt bæredygtige polyamider ved brug af en sukkernukleus afledt af landbrugsaffald.
Why Polyamides?
Hvorfor polyamider?
Mange plastprodukter, såsom nylon, en underklasse af polyamider, skal være meget holdbare. Til dette benytter de en specifik kemisk struktur kaldet en aromatisk gruppe.
Disse aromatiske grupper giver plast hårdhed, styrke og høj temperaturbestandighed. De er dog også ofte årsagen til, at plast ikke er biologisk nedbrydelig og er giftig for miljøet.
Kilde: Master Organic Chemistry
Et polyamid, der bruger organisk sukker i stedet for en aromatisk forbindelse, ville være meget mindre giftigt. EPFL’s polyamids brug af sådant sukker, som kommer fra landbrugsaffald, øger bæredygtighedsaspektet af deres opdagelse yderligere.
A New Type Of Plastic
En ny type plast
De udviklede en katalysatorfri proces til at omdanne dimethylglyoxylat-xylose, et stabiliseret sukker fremstillet direkte fra biomasse såsom træ eller majsstængler, til højkvalitets polyamider. Processen bygger på en række trin, der starter med at materialet varmes op til 140 °C og derefter 250–260 °C.
Kilde: Nature.com
Processen var også bemærkelsesværdigt effektiv med en atomudnyttelse på 97 %, hvilket betyder, at næsten alt det oprindelige materiale blev omdannet til polyamider.
Det resulterende materiale blev testet for at kontrollere dets kemiske og fysiske egenskaber.
Det viste sig at være lige så, om ikke mere, varmebestandigt end traditionelle polyamider baseret på fossile brændstoffer. Det præsterede også godt i holdbarhed og mekanisk modstand (trækstyrke).
Kilde: Nature.com
En begrænsning, forskerne fandt, er at materialet kan være følsomt over for udsættelse for store mængder vand, så det ikke kan nedsænkes. Det kan også være for gennemtrængeligt for ilt og vand til at blive brugt i tynd fødevareemballage. Vigtigt er, at mange mulige anvendelser stadig findes.
Sustainable Plastics Ready For Industrial Use
Bæredygtig plast klar til industriel brug
Usability
Anvendelighed
En anden faktor at tage i betragtning for industrielle anvendelser er “processabilitet.” Eller hvor let de rå plastbasiskomponenter kan omdannes til nyttige materialer.
Forskerne demonstrerede, at deres nye materiale kan bruges til stempel‑injektionstøbning og høj‑shear twin‑screw ekstrudering, som begge er almindelige metoder til formning af plast.
Kilde: EPFL
De testede endda dets egenskaber til 3D‑print, ved brug af høj‑temperaturindstillinger for at producere et iPhone 11‑etui med succes.
Kilde: EPFL
Recycling
Genanvendelse
En anden test var at undersøge potentialet for genanvendelse af det nye polyamidmateriale. De genbrugte plasten gennem høj‑shear twin‑screw ekstrudering tre gange.
Trækegenskaberne forblev næsten identiske på tværs af de tre cyklusser.
Farvningen steg let ved hver cyklus. Hvis nødvendigt kan den orange farve dog helt undgås ved at justere produktionsprocessen (forbedret rensning af diaminer), så dette ikke vil være et stort problem.
Samlet set viste mekanisk genanvendelse god ydeevne, som var ligeså god eller bedre end eksisterende plastforsyninger.
Endelig undersøgte de også muligheden for kemisk genanvendelse som en slut‑livs‑mulighed for plast. Dette afhængte i høj grad af stærke syrer som svovlsyre, men demonstrerede, at det kunne genanvendes fuldstændigt med kemikalier i slutningen.
A Cost-Competitive Alternative
Et omkostningskonkurrencedygtigt alternativ
For at industrien skal tage denne bæredygtige plast i brug (uden reguleringsændringer), skal den være omkostningskonkurrencedygtig i forhold til etablerede kemikalier baseret på fossile brændstoffer.
Prisen på nylon 66, den mest almindelige polyamid, ligger typisk mellem $3.000–7.000 pr. ton. Priserne på det nye materiale ville ligge i et tilsvarende interval, selv når man antager relativt høje omkostninger til råmaterialet.
Potentielt kunne brug af materialer fra billigere kilder som majsstængler gøre det endnu billigere.
Kilde: Nature.com
Ud over at være priskonkurrencedygtig er det nye materiale en langt mindre udleder af kulstof og drivhusgasser end de eksisterende produkter på markedet, især hvis man bruger xylose fra majsstængler i stedet for kommerciel xylose.
Sustainable Plastics – A Needed Advancement
Bæredygtig plast – et nødvendigt fremskridt
Nye typer af bioplast, som i denne undersøgelse, er nødvendige for at reducere forbruget af fossile brændstoffer.
Dette repræsenterer et nyt skridt, hvor en ny type plastmolekyler med lignende eller overlegen ydeevne skabes i stedet for at forsøge at genskabe traditionelle plastkemikalier med en biomaterialekilde.
Højst sandsynligt er udskiftning af aromatiske grupper fra fossile brændstoffer med biologiske sukker blot begyndelsen.
Denne tilgang er mere vanskelig, men muliggør også nye plastforsyninger, der viser mange fordele sammenlignet med traditionelle:
- Lavere CO₂‑aftryk.
- Mindre forurening.
- Værdiskabelse af landbrugsaffaldsprodukter.
- Potentiel prisfald eller forbedrede kemiske egenskaber.
Succeserne fra EPFL‑teamet (og dets forskningspartnere) bør bruges som en skabelon for andre innovationer i brug af biomaterialer til at skabe nye nyttige industrielle kemikalier i stedet for blot at forsøge at gengive de eksisterende plastmaterialer præcist ved hjælp af kemiske strukturer, der er rigelige i olie.
