Syntetisk plast har gjort många aspekter av det moderna livet billigare, säkrare och bekvämare. Dock, vi har misslyckats med att ta reda på hur vi ska bli av med dem efter att vi har använt dem.

Till skillnad från andra sopor, som mat och papper, de flesta syntetiska plaster kan inte lätt nedbrytas av levande mikroorganismer eller genom kemiska processer. Som ett resultat, en växande plastavfallskris hotar vår planets hälsa. Den förkroppsligas av Great Pacific Garbage Patch - en massiv zon med flytande plastskräp, tre gånger storleken på Frankrike, sträcker sig mellan Kalifornien och Hawaii. Forskare har uppskattat att om nuvarande trender fortsätter, massan av plast i havet kommer att motsvara fiskens massa år 2050. Att göra plast från petroleum ökar också koldioxidhalten i atmosfären, bidrar till klimatförändringarna.

Mycket av mitt arbete har ägnats åt att hitta hållbara sätt att tillverka och bryta ner plast. Mitt labb och andra gör framsteg på båda fronterna. Men dessa nya alternativ måste konkurrera med syntetisk plast som har etablerat infrastruktur och optimerade processer. Utan stödjande regeringspolitik, innovativa plastalternativ kommer att få problem att korsa den så kallade "dödens dal" från labbet till marknaden.

Från trä och siden till nylon och plexiglas

All plast består av polymerer - stora molekyler som innehåller många små enheter, eller monomerer, sammanfogade för att bilda långa kedjor, ungefär som pärlor. Pärlornas kemiska struktur och bindningarna som förenar dem bestämmer polymerers egenskaper. Vissa polymerer bildar material som är hårda och sega, som glas och epoxier. Andra, som gummi, kan böjas och töjas.

I århundraden har människor tillverkat produkter av polymerer från naturliga källor, som silke, bomull, trä och ull. Efter användning, dessa naturliga plaster bryts lätt ner av mikroorganismer.

Syntetiska polymerer härledda från olja utvecklades från 1930 -talet, när nya materiella innovationer desperat behövdes för att stödja allierade trupper under andra världskriget. Till exempel, nylon, uppfanns 1935, bytt silke i fallskärmar och andra redskap. Och poly (metylmetakrylat), känd som plexiglas, ersatt med glas i flygplansfönster. Vid den tiden, det var liten övervägande om huruvida eller hur dessa material skulle återanvändas.

Modern syntetisk plast kan grupperas i två huvudfamiljer:termoplast, som mjuknar vid uppvärmning och sedan stelnar igen vid kylning, och härdplaster, som aldrig mjuknar när de har gjutits. Några av de vanligaste högvolymsyntetiska polymererna inkluderar polyeten, används för att göra filmomslag och plastpåsar; polypropen, används för att bilda återanvändbara behållare och förpackningar; och polyetylentereftalat, eller PET, används i kläder, mattor och genomskinliga plastflaskor.

Återvinningsutmaningar

Idag återvinns endast cirka 10 procent av kasserad plast i USA. Processorer behöver en ingångsström av icke-förorenad eller ren plast, men plastavfall innehåller ofta föroreningar, som restmat.

Partier av avyttrade plastprodukter kan också innefatta flera hartstyper, och är ofta inte konsekventa i färgen, form, genomskinlighet, vikt, densitet eller storlek. Detta gör det svårt för återvinningsanläggningar att sortera dem efter typ.

Smältning och reformering av blandat plastavfall skapar återvunna material som har sämre prestanda än jungfruligt material. Av denna anledning, många kallar plaståtervinning som "downcycling".

Som de flesta konsumenter vet, många plastvaror är stämplade med en kod som anger vilken typ av harts de är tillverkade av, numrerade ett till sju, inuti en triangel som bildas av tre pilar. Dessa koder utvecklades på 1980 -talet av Society of the Plastics Industry, och är avsedda att ange om och hur man ska återvinna dessa produkter.

Dock, dessa logotyper är mycket missvisande, eftersom de föreslår att alla dessa varor kan återvinnas oändligt många gånger. Faktiskt, enligt Naturvårdsverket, återvinningsgraden 2015 varierade från högst 31 procent för PET (SPI-kod 1) till 10 procent för högdensitetspolyeten (SPI-kod 2) och några procent i bästa fall för andra grupper.

Från min synvinkel, engångsplast bör så småningom krävas för att vara biologiskt nedbrytbart. För att få detta att fungera, hushåll ska ha bioavfallskärl för att samla mat, papper och biologiskt nedbrytbart polymeravfall för kompostering. Tyskland har ett sådant system, och San Francisco komposterar organiskt avfall från hem och företag.

Designa grönare polymerer

Eftersom modern plast har många typer och användningsområden, det behövs flera strategier för att ersätta dem eller göra dem mer hållbara. Ett mål är att göra polymerer från biobaserade kolkällor istället för olja. Det lättast genomförbara alternativet är att omvandla kol från växtcellväggar (lignocellulosika) till monomerer.

Som ett exempel, mitt labb har utvecklat en jästkatalysator som tar växtbaserade oljor och omvandlar dem till en polyester som har egenskaper som liknar polyeten. Men till skillnad från en petroleumbaserad plast, den kan brytas ner helt av mikroorganismer i komposteringssystem.

Det är också absolut nödvändigt att utveckla nya kostnadseffektiva vägar för sönderdelning av plast till högvärdiga kemikalier som kan återanvändas. Detta kan innebära användning av såväl biologiska som kemiska katalysatorer. Ett spännande exempel är en tarmbakterie från mjölmaskar som kan smälta polystyren, omvandla den till koldioxid.

Andra forskare utvecklar högpresterande vitrimers-en typ av härdplast där de bindningar som tvärbindningskedjor kan bilda och bryta, beroende på inbyggda förhållanden som temperatur eller pH. Dessa vitrimers kan användas för att göra hårda, formade produkter som kan omvandlas till flytande material vid slutet av deras livstid så att de kan omformas till nya produkter.

Det tog år av forskning, utveckling och marknadsföring för att optimera syntetisk plast. Nya gröna polymerer, såsom polymjölksyra, har precis börjat komma in på marknaden, främst i kompostpåsar, matbehållare, koppar och engångsservis. Tillverkare behöver stöd medan de arbetar för att minska kostnader och förbättra prestanda. Det är också viktigt att koppla samman akademiska och industriella insatser, så att nya upptäckter kan kommersialiseras snabbare.

Idag ger EU och Kanada mycket mer statligt stöd för upptäckt och utveckling av biobaserade och hållbara plaster än USA. Det måste förändras om Amerika vill konkurrera i den hållbara polymerrevolutionen.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.