Vad gör din bil, telefon, läskflaska och skor gemensamt? De är alla till stor del tillverkade av petroleum. Denna icke -förnybara resurs bearbetas till en mångsidig uppsättning kemikalier som kallas polymerer - eller mer vanligt, plast. Över 5 miljarder liter olja varje år omvandlas till enbart plast.

Polymerer ligger bakom många viktiga uppfinningar under de senaste decennierna, som 3D-utskrift. Så kallad "konstruktionsplast, "används i applikationer som sträcker sig från bilar till konstruktion till möbler, har överlägsna egenskaper och kan till och med hjälpa till att lösa miljöproblem. Till exempel, tack vare konstruktionsplast, fordon är nu lättare, så de får bättre bränslekilometer. Men när antalet användningar stiger, så gör efterfrågan på plast. Världen producerar redan över 300 miljoner ton plast varje år. Antalet kan vara sex gånger det år 2050.

Petroplast är i grunden inte så illa, men de är en missad möjlighet. Lyckligtvis, det finns ett alternativ. Att byta från petroleumbaserade polymerer till polymerer som är biologiskt baserade kan minska koldioxidutsläppen med hundratals miljoner ton varje år. Biobaserade polymerer är inte bara förnybara och mer miljövänliga att producera, men de kan faktiskt ha en netto fördelaktig effekt på klimatförändringarna genom att fungera som en kolsänka. Men inte alla biopolymerer skapas lika.

Nedbrytbara biopolymerer

Du kanske har stött på "bioplast" tidigare, i synnerhet som engångsredskap - dessa plaster härrör från växter istället för olja. Sådana biopolymerer framställs genom att mata socker, oftast från sockerrör, sockerbetor, eller majs, till mikroorganismer som producerar prekursormolekyler som kan renas och kemiskt kopplas samman för att bilda polymerer med olika egenskaper.

Växtbaserad plast är bättre för miljön av två skäl. Först, det sker en dramatisk minskning av energin som krävs för att tillverka växtbaserad plast-med så mycket som 80 procent. Medan varje ton petroleum-härledd plast genererar 2 till 3 ton CO₂, detta kan reduceras till cirka 0,5 ton CO₂ per ton biopolymer, och processerna blir bara bättre.

Andra, växtbaserad plast kan vara biologiskt nedbrytbar, så att de inte samlas på deponier.

Även om det är bra för engångsartiklar som plastgafflar att biologiskt nedbrytas, ibland är en längre livslängd viktig - du skulle nog inte vilja att din bils instrumentbräda långsamt förvandlas till en svamphög med tiden. Många andra applikationer kräver samma typ av motståndskraft, såsom byggmaterial, medicinsk utrustning och hushållsapparater. Bionedbrytbara biopolymerer är inte heller återvinningsbara, vilket innebär att fler växter måste odlas och bearbetas kontinuerligt för att möta efterfrågan.

Biopolymerer som kollagring

Plast, oavsett källa, är huvudsakligen gjorda av kol - cirka 80 viktprocent. Även om petroleum-härledd plast inte släpper ut CO₂ på samma sätt som förbränning av fossila bränslen, de hjälper inte heller att avlägsna överskottet av denna gasformiga förorening - kolet från flytande olja omvandlas helt enkelt till fast plast.

Biopolymerer, å andra sidan, härrör från växter, som använder fotosyntes för att omvandla CO₂, vatten och solljus till sockerarter. När dessa sockermolekyler omvandlas till biopolymerer, kolet är effektivt låst från atmosfären - så länge det inte är biologiskt nedbrytbart eller förbränt. Även om biopolymerer hamnar på en deponi, de kommer fortfarande att tjäna denna kollagringsroll.

CO₂ är bara cirka 28 viktprocent kol, så polymerer utgör en enorm reservoar för att lagra denna växthusgas. Om den nuvarande världens årliga leverans av cirka 300 miljoner ton polymerer alla var icke-biologiskt nedbrytbar och biobaserad, detta skulle motsvara en gigaton - en miljard ton - av avlägsnat CO₂, cirka 2,8 procent av de nuvarande globala utsläppen. I en ny rapport, mellanstatliga panelen för klimatförändringar skisserade fångst, lagring och återanvändning av kol som en viktig strategi för att mildra klimatförändringar; biobaserade polymerer kan göra ett viktigt bidrag, upp till 20 procent av CO₂ -avlägsnandet som krävs för att begränsa den globala uppvärmningen till 1,5 grader Celsius.

Den icke-nedbrytbara biopolymermarknaden

Nuvarande strategier för koldioxidbindning, inklusive geologisk lagring som pumpar CO₂ -avgaser under jorden eller regenerativt jordbruk som lagrar mer kol i marken, luta starkt på politiken för att driva de önskade resultaten.

Även om dessa är kritiska mekanismer för att begränsa klimatförändringar, bindningen av kol i form av biopolymerer har potential att utnyttja en annan drivkraft:pengar.

Konkurrens baserad på pris ensam har varit utmanande för biopolymerer, men tidiga framgångar visar en väg mot större penetration. En spännande aspekt är möjligheten att få tillgång till nya kemier som för närvarande inte finns i petroleum-härledda polymerer.

Tänk på återvinningsbarhet. Få traditionella polymerer är verkligen återvinningsbara. Dessa material är faktiskt oftast nedcyklade, vilket betyder att de bara är lämpliga för applikationer med lågt värde, såsom byggmaterial. Tack vare verktygen för genteknik och enzymteknik, dock, egenskaper som fullständig återvinningsbarhet-vilket gör att materialet kan användas upprepade gånger för samma applikation-kan designas till biopolymerer från början.

Biopolymerer baseras idag till stor del på naturliga jäsningsprodukter av vissa bakteriearter, såsom produktionen av Lactobacillus av mjölksyra - samma produkt som ger syrlighet i sura öl. Även om dessa utgör ett bra första steg, framväxande forskning tyder på att biopolymerernas verkliga mångsidighet kommer att släppas loss under de kommande åren. Tack vare den moderna förmågan att konstruera proteiner och modifiera DNA, anpassad design av biopolymerprekursorer är nu inom räckhåll. Med det, en värld av nya polymerer blir möjliga - material där dagens CO₂ kommer att finnas i ett mer användbart, mer värdefull form.

För att denna dröm ska förverkligas, mer forskning behövs. Medan tidiga exempel finns här idag-som den delvis biobaserade Coca-Cola PlantBottle-är den bioingenjör som krävs för att uppnå många av de mest lovande nya biopolymererna fortfarande i forskningsstadiet-som ett förnybart alternativ till kolfiber som kan användas i allt från cyklar till vindkraftsblad.

Regeringens politik som stöder koldioxidbindning skulle också hjälpa till att driva adoption. Med denna typ av stöd på plats, betydande användning av biopolymerer som koldioxidlagring är möjlig så snart som de närmaste fem åren-en tidslinje med potential att göra ett betydande bidrag till att lösa klimatkrisen.