Träd, grödor och till och med organiskt avfall kan omvandlas till ett förvirrande utbud av plast att använda i produkter som sträcker sig från engångspåsar till tunga flygplansvingar.

Dessa så kallade biopolymerer kan spela en viktig roll för att avvänja oss från petroleumplast-vilket hjälper till att minska utsläppen av växthusgaser, och se till att plast kommer från en förnybar resurs.

Och i vissa fall kan de bidra till att minska plastföroreningar. En av de största källorna till plastföroreningar är förpackningar, som stod för nästan 40% av plasten som användes i EU 2019, enligt Plastics Europe, en branschförening.

Forskare har utvecklat sätt att göra biologiskt nedbrytbara matavfallspåsar och matförpackningar av kommunalt mat- och trädgårdsavfall.

"Du omvandlar organiskt avfall till en avfallspåse, som är biologiskt nedbrytbart. Så du stänger cykeln - du använder inte annat material för att göra (plast) påsen, "sa Thomas Dietrich, ingenjör i bioteknik vid spanska TECNALIA, ett centrum för forskning och teknisk utveckling.

Dietrich är projektledare för ett projekt som heter VOLATILE, som har utvecklat en teknik som kan integreras i befintliga kommunala anaeroba rötnings- och komposteringsanläggningar. Den använder mikroorganismer för att bryta ner organiskt avfall till flyktiga fettsyror, som är byggstenarna i plasterna PHB och PHBV som används för att tillverka plastpåsar och livsmedelsförpackningar.

Den huvudsakliga biprodukten är en rest som kan användas för att göra kompost. Vätgas är en annan biprodukt, och den kan användas för att göra el.

Biologiskt nedbrytbar

Att använda bioavfall för att producera biologiskt nedbrytbar plast kan hjälpa till att lösa en stor utmaning som orsakas av att majoriteten av biologiskt nedbrytbar plast används för närvarande.

"Normalt använder de stora (industrier) som säljer (biologiskt nedbrytbar plast) på marknaden jordbruksmaterial av livsmedelskvalitet, "sa Dietrich.

På grund av de volymer som behövs, det kommer inte att vara möjligt att använda jordbruksprodukter för att ersätta oljebaserade förpackningar utan att konkurrera med livsmedelsgrödor eller biobränslen för jordbruksmark, sa Dietrich.

"Så vi måste försöka behålla organiskt kol i ekonomin utan att falla tillbaka på jordbruket, " han sa.

Plastpåsar och förpackningar gjorda med VOLATILEs teknik skulle hamna i hushållens bioavfall och i teorin kan de användas igen för att producera flyktiga fettsyror - även om detta ännu inte har testats av VOLATILE -teamet.

En av de största utmaningarna för denna typ av system är bristen på komposteringsanläggningar i de flesta regioner i världen, inklusive Europa.

I hela EU, upp till 50% av kommunens fasta avfall är organiskt, och endast cirka 40% av bioavfallet återvinns till högkvalitativ kompost och rötning, säger European Compost Network. Majoriteten går till deponi eller för förbränning.

Dock, detta kommer sannolikt att förbättras. Europeiska miljöbyrån säger att återvinning av mer kommunalt bioavfall är "avgörande" för att uppfylla EU:s mål att återvinna och återanvända minst 60 viktprocent av allt avfall till 2030.

Sammansättning

Oavsett om plast är biologiskt nedbrytbart eller inte beror på deras kemiska sammansättning - inte deras ursprung. Så petroleumbaserad plast kan vara biologiskt nedbrytbar, och växtbaserade sådana kan vara icke-biologiskt nedbrytbara.

Dock, en övergång till biopolymerer skulle bidra till att minska utsläppen av växthusgaser som produceras för att göra plasten - även om slutprodukten inte är biologiskt nedbrytbar.

"Vi måste uppnå detta (skift) om tio, eller högst 15, år eftersom klimatinsatserna är så höga, "sa Vincent Placet, en forskningsingenjör vid FEMTO-ST-institutet i Frankrike.

"Mängden CO ₂ släpps ut för att producera trä och växter är mycket låg, "sa Placet, tillägger att de också absorberar atmosfärisk CO ₂ under tillväxten. Han koordinerar ett projekt som heter SSUCHY, som utvecklar bärande biobaserade kompositer för användning inom fordons- och rymdindustrin.

Biopolymerer som härrör från träd och grödor används redan för att göra bilinteriörer.

Andra biopolymerer utvecklas för att vara bärande. Dessa inkluderar härdplaster som är konstruerade för att hålla upp till 30 år under tuffa förhållanden - till exempel i flygplansvingar och kroppar.

Några av de mest använda härdplasterna är epoxier, som används i kompositmaterial. Kompositmaterial utgör upp till 50 viktprocent av de senaste flygplanen.

"Vi har producerat en helt biobaserad epoxi. Nu är huvudfrågan att skala upp den, "sa Placet.

För att skala upp, en hel leveranskedja måste skapas, börja med att hitta leverantörer av växtmaterial, han säger.

Ett alternativ är att använda avfall från skogsbruket - trädbark, grenar och rötter. "Den finns i mycket stora mängder och används inte i någon annan applikation. I norra Europa, råmaterialet är mycket stort och vi vet att det kan svara på behoven för denna typ av epoxipolymer, "sa Placet.

En annan utmaning är hur man gör bearbetningen grönare och mer kostnadseffektiv än sina petrokemiska ekvivalenter. Petrokemiska epoxier är billigare att producera och använder mindre kraft och lösningsmedel. Dock, några av dessa effektiviteter beror på att de görs i industriell skala istället för i ett laboratorium, Säger Placet.

"Det går att göra ur teknisk synvinkel, "men det behövs fler investeringar för att skala upp och bygga de nödvändiga värdekedjorna, han lade till.

1%

Globalt sett biobaserad plast utgör cirka 1% av de 368 miljoner ton plast som produceras årligen, säger European Bioplastics.

Att hämta resterande 99% från växter är inget alternativ, säger Sander Defruyt, chef för New Plastics Economy, ett initiativ från den brittiska baserade Ellen MacArthur Foundation för att göra om plastens framtid.

"Var kommer allt det biomaterialet att komma ifrån, på ett sätt som är regenererande och inte utarmar våra ekosystem? Kraven på våra ekosystem kommer bara att gå igenom taket, och vi passerar redan planetära gränser idag, " han lade till.

Även biologiskt nedbrytbar plast kommer att ha begränsad inverkan på att minska plastföroreningar eftersom de flesta av världens regioner inte har nödvändiga industriella komposteringsanläggningar, Säger Defruyt.

Att ta itu med plastföroreningar-och lösa vårt beroende av petroleumbaserad plast-kräver att all onödig plast tas bort, och återanvända den plast som behövs, att hålla dem borta från miljön.

Efter det, 'the very little virgin plastic that we still need … will need to be shifted from fossil-based sources to regeneratively sourced bio-based plastics to stop that systems-dependence on finite fossil resources, " said Defruyt.