Människor levde utan plast fram till förra seklet eller så, men de flesta av oss skulle ha svårt att föreställa sig hur.

Plast finns nu överallt i våra liv, ger låg kostnad bekvämlighet och andra fördelar i otaliga tillämpningar. De kan formas till nästan alla uppgifter, från trasiga filmer till squishy barnleksaker och hårda komponenter. De har visat sig vitala inom medicin och har varit avgörande i den globala ansträngningen att bromsa spridningen av covid-19-pandemin under de senaste 16 månaderna.

Plast verkar oumbärligt nuförtiden.

Tyvärr på lång sikt, de är också nästan oförstörbara. Vår planet bär nu vikten av mer än sju miljarder ton plast, med att fler produceras varje dag. En ständigt växande avfallsström täpper till våra deponier, förorenar våra vattenvägar och utgör en akut kris för vår planet.

Fyra forskare har publicerat en uppmaning till handling i ett nytt nummer av Vetenskap , ägnas åt plastproblemet.

I en genomgående inledningsartikel, forskarna – inklusive två från University of Delaware, en från Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien och en annan från University of Sheffield i Storbritannien – efterlyser grundläggande förändring i sättet att designa plast, producerade, används och återanvänds.

Det slutliga målet:Designa, anta och säkerställa en "cirkulär" livscykel för plast som inte leder till en soptipp eller ett hav eller en vägkant, men till en lång livslängd av nästan oändlig användning och återanvändning av de värdefulla resurserna och tillämpningarna de representerar.

Det kräver nya förhållningssätt till kemi, teknik, industriella processer, politik och globalt samarbete, enligt medförfattarna LaShanda T.J. Korley, direktör för Center for Plastics Innovation (CPI) vid University of Delaware och huvudutredaren för en National Science Foundation (NSF) Partnerships for International Research and Education-insatser inom bioinspirerade material och system; UD:s Thomas H. Epps, III, meddirektör för CPI, ledande huvudutredare för en NSF Growing Convergence Research (GCR)-satsning inom Material Life-Cycle Management och chef för Center for Hybrid, Aktiva, och Responsive Materials (CHARM) vid UD; Brett A. Helms från Molecular Foundry vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien; och Anthony J. Ryan från Grantham Center for Sustainable Futures vid University of Sheffield i Storbritannien.

"Plastavfallsdilemmat är en global utmaning som kräver brådskande ingripanden och en samlad insats som länkar samman partners inom industrin, akademisk, finansiell, och statliga sektorer som stöds av betydande investeringar i hållbarhet, " de skriver.

Det är en stor order som inkluderar uppmärksamhet på återvinning, "upcycling" (återanvändning av material på nya sätt med mervärde), utveckling av nytt material och erkännande av behoven hos samhällen med bristande resurser.

"Det finns ingen lösning som passar alla, sa Korley, Erkänd professor i materialvetenskap och teknik vid UD, som har ägnat sin karriär åt att utveckla nya plaster med specifika egenskaper. "Hur människor lever med avfall och hur de återvinner är så olika. Att resa i Europa har belyst den skarpa kontrasten i användningen av engångsplaster, som sugrör och bestick i jämförelse med USA över hela USA, städer och kommuner inom en enda stat kan göra saker annorlunda."

Komplexa recept används i många plaster, Korley sa, och inkluderar ofta flera typer av polymerer och andra tillsatser. Varje komponent kan komplicera återvinningsarbetet eller omöjliggöra återvinning, vilket är anledningen till att återvinnare accepterar vissa typer av plast och nekar andra.

Men hur kan plast utformas så att alla dess komponenter kan dekonstrueras för framtida användning i andra produkter?

Detta är utmaningen för KPI, som Korley regisserar. Dess fokus ligger på att "återvinna" plast - att hitta sätt att förvandla plastavfall till värdefulla material som bränslen och smörjmedel. Forskare använder katalys och enzymer för att rekonstruera vissa typer av plast, såsom högdensitetspolyeten (HDPE), lågdensitetspolyeten (LDPE) och polystyren/styrofon, de typer av plast som används i mjölkkannor, schampoflaskor, smörgåspåsar, kaffekoppar, matkassar och matförpackningar.

"Olika materialegenskaper kräver användning av olika polymerer och blandningar och tillsatser, vilket bidrar till avfallets komplexitet och hierarki, " sa Korley.

De Vetenskap papper tar upp det och mycket mer, med en brådska som återspeglar de verkliga och nuvarande farorna för en planet kvävd av kasserad plast som inte kommer någonstans när som helst snart.

Vissa av dessa verkligheter är verkligen dystra. Ta vattenflaskan i plast som hjälpte till att släcka din törst efter en morgonjogg för fem år sedan, till exempel. Den kommer förmodligen att vara med oss ​​— någonstans — i ytterligare 395 år. Långsam försämring hjälper oss inte heller. Forskare har funnit att små mikrobitar av nedsliten plast är vanliga i vattnet vi dricker och maten vi äter.

Mindre än 10 % av plastavfallet återvinns överhuvudtaget och mindre än 1 % kommer att återvinnas mer än en gång. Cirka 12 % kommer att förbrännas. Miljontals ton kasserad plast hamnar i gigantiska virvlar av skräp i havet och resten av det hopar sig på soptippar, sjunker ner i flodbäddar eller ligger vid vägkanter runt om i världen.

Men Helms, en medförfattare från Lawrence Berkeley National Lab, var en del av teamet som skapade nästa generations plast som heter PDK (polydiketoenamine), som kan reduceras tillbaka till sina molekylära delar och återmonteras vid behov.

"Vi är vid en kritisk punkt där vi måste tänka på den infrastruktur som behövs för att modernisera återvinningsanläggningar för framtida avfallssortering och -bearbetning, " sa Helms efter att det nya materialet tillkännagavs. "Om dessa anläggningar var designade för att återvinna eller återvinna PDK och relaterad plast, då skulle vi mer effektivt kunna avleda plast från deponier och haven. Det här är en spännande tid att börja tänka på hur man designar både material och återvinningsanläggningar för att möjliggöra cirkulär plast. "

Byggstenarna i plast - monomerer - består av element inklusive kol, väte, syre, kväve, klor och svavel. Dessa monomerer är förbundna med kemiska bindningar för att bli polymerer, som kan användas vid formning av plast för att tillverkas i olika former för många olika användningsområden.

Värdet av alla dessa resurser går förlorat i engångsapplikationer, sa Sheffields Ryan. Han kallar det en "bekväm sanning" - bekvämligheten och de billiga kostnaderna för sådana produkter gör dem övertygande för konsumenterna, utan att inse det inneboende värdet och kostnaden för planeten. Marknadsföringsstrategier som hävdar att vissa plastprodukter är "gröna" och biologiskt nedbrytbara för att dra välmenande konsumenter är särskilt bekymrade för honom.

"Cyniskt" greenwash "är det största problemet för plastens hållbarhet, "sa han." Så jag var väldigt angelägen om att arbeta med LaShanda och Thomas om detta. Jag har känt dem sedan de var Ph.D. studenter."

Med innovation och samarbete som grundpelare i de nya centren de leder tillsammans – Korleys U.S. Department of Energy-backed CPI och Epps NSF-stödda CHARM and GCR, Korley och Epps, Allan och Myra Ferguson framstående professor i kemi- och biomolekylär teknik, ligger i framkant av ansträngningarna för att förlänga livslängden för petroleum- och biohärledda plaster och/eller sätta dem på en cirkulär väg som fortsätter från produktion till första användning till rekonstitution för evigt.

Ryan sa att han ser en "cirkulär ekonomi" som kritisk. Han ser värdet i återvinning och återvinning och utveckling av nya material, men ingen är en "silverkula". Att ta itu med plastdilemmat kräver ett erkännande av plastens verkliga värde.

"En lösning är något Amerika inte är särskilt bra på - regleringar, politik och beskattning, "sa han." Det finns inget enkelt svar på plastproblemet. En ohämmad marknad kommer inte att ge det.

"För alla dessa frågor där vetenskap och teknik och samhälle korsas, svaret är alltid:Det är komplicerat."

Ett mer exakt perspektiv, enligt Ryan, är att se plastproblemet som relaterat till klimatförändringsproblemet utan att låta det vara en distraktion.

"Klimatförändringar är en obekväm sanning och en osynlig sanning, "sa han." Du kan inte se vad som orsakar det och du kan inte se koldioxid i atmosfären. Man förknippar inte bilkörning med klimatförändringar.

"Du associerar saker med plastavfall - och det är en bekväm sanning. Vi har inga problem med att ta fossila bränslen och förvandla dem till plast. Men nu måste vi ta hand om den dyrbara plasten. Släng inte bara den. Det är bara för billigt. På grund av föroreningsproblemet, vi måste ge det ett artificiellt högt pris. "

Livscykelanalysdata är nyckeln till att fatta bevisbaserade beslut, Ryan sa, och konsumenter och lagstiftare kan inte göra det på egen hand. De behöver proffs för att dela upp kostnaderna och fördelarna och förklara alternativen.

"Det är mycket mer komplext än de flesta är villiga att tänka på, " han sa.

Uppmaningen till handling är omfattande.

"För att uppnå en mer hållbar framtid, integration av inte bara tekniska hänsyn, men också aktieanalys, konsumentbeteende, geografiska krav, politisk reform, livscykelanalys, infrastrukturanpassning, och försörjningskedjan partnerskap är avgörande, " sa författarna.

Korley sa att hon ser en växande passion för denna skrämmande utmaning.

"Dessa initiativ skapar spänning bland våra elever - gymnasiet, grund- och kandidatexamen och våra postdoktorer, ", sa hon. "Folk brinner för att göra något för att förbättra världen. Och de kan prata med sin mormor eller sin systerdotter eller brorson och förklara varför arbetet de utför spelar roll."