Ansträngningar att övergå från petrokemisk plast till förnybar och biologiskt nedbrytbar plast har visat sig vara knepiga - produktionsprocessen kan kräva giftiga kemikalier och är dyr, och den mekaniska hållfastheten och vattenstabiliteten är ofta otillräcklig. Men forskare har gjort ett genombrott, använder träbiprodukter, som visar löften om att producera mer hållbar och hållbar bioplast.

En studie publicerad i Naturens hållbarhet , medförfattare av Yuan Yao, biträdande professor i industriell ekologi och hållbara system vid Yale School of the Environment (YSE), beskriver processen att dekonstruera den porösa matrisen av naturligt trä till en uppslamning. Forskarna säger att det resulterande materialet uppvisar en hög mekanisk hållfasthet, stabilitet när du håller vätskor, och UV-ljusbeständighet. Det kan också återvinnas eller säkert biologiskt nedbrytas i den naturliga miljön, och har en lägre livscykel miljöpåverkan jämfört med petroleumbaserad plast och annan biologiskt nedbrytbar plast.

"Det finns många människor som har försökt att utveckla den här typen av polymerer i plast, men de mekaniska trådarna är inte tillräckligt bra för att ersätta den plast vi använder för närvarande, som till största delen är gjorda av fossila bränslen, "säger Yao." Vi har utvecklat en enkel och enkel tillverkningsprocess som genererar biomassabaserad plast från trä, men också plast som ger bra mekaniska egenskaper också. "

För att skapa uppslamningsblandningen, forskarna använde ett träpulver - en bearbetningsrester som vanligtvis kastas som avfall i timmerverk - och dekonstruerade lösa, pulverformig struktur med ett biologiskt nedbrytbart och återvinningsbart djupt eutektiskt lösningsmedel (DES). Den resulterande blandningen, som har trassel i nanoskala och vätebindning mellan det regenererade ligninet och cellulosamikro/nanofibriller, har ett högt fastinnehåll och hög viskositet, som kan gjutas och rullas utan att gå sönder.

Yao ledde sedan en omfattande livscykelbedömning för att testa miljöpåverkan av bioplasten mot allmänplast. Blad av bioplasten begravdes i jord, fraktur efter två veckor och fullständigt nedbrytande efter tre månader; dessutom, forskare säger att bioplasten kan brytas ner i uppslamningen genom mekanisk omrörning, vilket också gör det möjligt för DES att återvinnas och återanvändas.

"Den där, till mig, är det som verkligen gör den här plasten bra:Allt kan återvinnas eller biologiskt nedbrytas, "säger Yao." Vi har minimerat allt material och avfall som kommer ut i naturen. "

Bioplasten har många tillämpningar, säger Liangbing Hu, professor vid Center for Materials Innovation vid University of Maryland och medförfattare till uppsatsen. Den kan formas till en film som kan användas i plastpåsar och förpackningar - en av de viktigaste användningarna av plast och orsakerna till avfallsproduktion. Hu säger också att eftersom bioplasten kan formas till olika former, det har potential för användning i biltillverkning, också.

Ett område forskargruppen fortsätter att undersöka är den potentiella påverkan på skogar om tillverkningen av denna bioplast skalas upp. Medan processen för närvarande använder träbiprodukter vid tillverkning, forskarna säger att de är mycket medvetna om att storskalig produktion kan kräva användning av massiva mängder trä, som kan få långtgående konsekvenser för skogar, markförvaltning, ekosystem och klimatförändringar, för att nämna några.

Yao säger att forskargruppen redan har börjat arbeta med en skogsekolog för att skapa skogssimuleringsmodeller, koppla skogens tillväxtcykel med tillverkningsprocessen. Hon ser också en möjlighet att samarbeta med människor som arbetar inom skogsrelaterade fält på YSE-en ovanlig bekvämlighet.

"Det är inte ofta en ingenjör kan gå ner i korridoren och prata med en skogsmästare, "säger Yao.