Materialvitenskap
Vår avhengighet av petroleum kan reduseres ikke bare gjennom elbiler, men også bærekraftig plast
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Bruke avlinger til å produsere bærekraftig plast
Når vi tenker på olje, tenker vi først på drivstoff for biler, skip og fly. Men petrokjemikalier, hvor en stor del er plast eller komponenter for å produsere plast, utgjør 12 % av den globale oljefterspørselen.
Selv om oljeforbruk ofte blir sett på som en forurensning på grunn av karbonutslipp, er mikroplast også en økende bekymring. Plastproduksjon fra olje bidrar til utslipp av både karbon og mikroplast.
Derfor er det gode nyheter at mer bærekraftige plastmaterialer nå er på horisonten.
Forskere fra Schweiz’ Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), University of Applied Sciences and Arts of Western Switzerland, og University of Manchester, har utviklet en kilde til bærekraftig plast fra landbruksavfall.
Mer presist har de laget bærekraftige polyamider ved å bruke en sukkernukleus avledet fra landbruksavfall.
Hvorfor polyamider?
Mange plastprodukter, som nylon, en underklasse av polyamider, må være svært holdbare. For dette er de avhengige av en spesiell kjemisk struktur kalt en aromatisk gruppe.
Disse aromatiske gruppene gir plast hardhet, styrke og høy temperaturbestandighet. Imidlertid er de også ofte det som gjør plasten ikke‑nedbrytbar og giftig for miljøet.
Kilde: Master Organic Chemistry
En polyamid som bruker organisk sukker i stedet for en aromatisk forbindelse, ville være mye mindre giftig. EPFLs polyamids bruk av et slikt sukker, som kommer fra landbruksavfall, øker bærekraftaspektet ved deres oppdagelse ytterligere.
En ny type plast
De utviklet en katalysatorfri prosess for å omdanne dimetylglyoksylat-xylose, et stabilisert sukker laget direkte fra biomasse som tre eller maiskolber, til høykvalitets polyamider. Prosessen baserer seg på en rekke trinn, som starter med at materialet varmes opp til 140 °C og deretter 250–260 °C.
Kilde: Nature.com
Prosessen var også bemerkelsesverdig effektiv, med 97 % atomutnyttelse, noe som betyr at nesten alt det opprinnelige materialet ble omdannet til polyamider.
Det resulterende materialet ble testet for å sjekke dets kjemiske og fysiske egenskaper.
Det viste seg å være like, om ikke mer, motstandsdyktig mot varme enn tradisjonelle polyamider basert på fossilt brensel. Det presterte også godt når det gjelder holdbarhet og mekanisk motstand (tøyningsstyrke).
Kilde: Nature.com
En begrensning forskerne fant er at materialet kan være sensitivt for eksponering for store mengder vann, så det kan ikke bli nedsenket. Det kan også være for gjennomtrengelig for oksygen og vann til å brukes i tynn matemballasje. Viktig er at mange mulige bruksområder fortsatt finnes.
Bærekraftig plast klar for industriell bruk
Brukervennlighet
En annen faktor å ta i betraktning for industrielle anvendelser er «prosesserbarhet». Eller hvor enkelt det er å omdanne de rå plastbasiskomponentene til nyttige materialer.
Forskerne demonstrerte at deres nye materiale kan brukes til stempelinjeksjonsforming og høy-skjærings twin‑skru ekstrudering, som begge er vanlige metoder for å forme plast.
Kilde: EPFL
De testet til og med egenskapene for 3D‑utskrift, ved å bruke høytemperaturinnstillinger for å produsere et iPhone 11‑deksel med suksess.
Kilde: EPFL
Resirkulering
En annen test var å undersøke potensialet for resirkulering av det nye polyamidmaterialet. De gjenbrukte plasten gjennom høy‑skjærings twin‑skru ekstrudering 3 ganger.
Tøyningsegenskapene forble nesten identiske gjennom de tre syklusene.
Fargen ble litt sterkere i hver syklus. Imidlertid kan den oransje fargen, om nødvendig, unngås helt ved å justere produksjonsprosessen (forbedret rensing av diaminer), så dette vil ikke være et stort problem.
Generelt viste mekanisk resirkulering god ytelse, som var lik eller overlegen eksisterende plastforsyninger.
Til slutt undersøkte de også muligheten for kjemisk resirkulering som en slutt‑livs‑løsning for plast. Dette avhang sterkt av kraftige syrer som svovelsyre, men demonstrerte at den kan fullstendig resirkuleres med kjemikalier på slutten.
Et kostnadskonkurransedyktig alternativ
For at industrien skal ta i bruk slik bærekraftig plast (uten reguleringsendringer), må den være kostnadskonkurransedyktig i forhold til etablerte kjemikalier basert på fossilt brensel.
Prisen på nylon 66, den mest vanlige polyamiden, ligger vanligvis mellom $3 000–7 000 per tonn. Prisen på det nye materialet vil ligge i et lignende område, selv om man antar relativt høye kostnader for råmaterialet.
Potensielt kan bruk av materialer fra billigere kilder som maiskolber gjøre det enda rimere.
Kilde: Nature.com
I tillegg til å være priskonkurransedyktig, er det nye materialet en langt mindre utskiller av karbon og klimagasser enn de eksisterende produktene på markedet, spesielt hvis xylose fra maiskolber brukes i stedet for kommersiell xylose.
Bærekraftig plast – et nødvendig fremskritt
Nye typer bioplast, som i denne studien, er nødvendige for å redusere forbruket av fossilt brensel.
Dette representerer et nytt steg, hvor en ny type plastmolekyler med lignende eller overlegne egenskaper blir skapt i stedet for å prøve å gjenskape tradisjonelle plastkjemikalier med en biomaterialkilde.
Sannsynligvis er utskifting av aromatiske grupper fra fossilt brensel med biologiske sukker bare begynnelsen.
Denne tilnærmingen er mer utfordrende, men gjør også at nye plastforsyninger kan ha mange fordeler sammenlignet med tradisjonelle:
- Lavere karbonavtrykk.
- Mindre forurensning.
- Verdsetting av landbruksavfallsprodukter.
- Potensiell kostnadsnedgang eller forbedrede kjemiske egenskaper.
Suksessen til EPFL‑teamet (og deres forskningspartnere) bør brukes som en mal for andre innovasjoner i bruk av biomaterialer for å skape nye nyttige industrielle kjemikalier i stedet for bare å prøve å gjenskape nøyaktig de eksisterende plastene ved hjelp av kjemiske strukturer som er rikelig i olje.
