Oltre il 99 percento delle materie plastiche attuali proviene dal petrolio, ma nuove opzioni basate sulla biologia stanno diventando disponibili. Icone di Vectors Market, Freepik e Srip, CC BY

Che cosa hanno in comune la tua auto, il telefono, la bottiglia di soda e le scarpe? Sono tutti in gran parte fatti di petrolio. Questa risorsa non rinnovabile viene trasformata in un versatile set di sostanze chimiche chiamate polimeri o, più comunemente, plastiche. Al di sopra di 5 miliardi di galloni di petrolio ogni anno sono convertiti in plastica da soli.

I polimeri sono alla base di molte importanti invenzioni degli ultimi decenni, come stampa 3D. I cosiddetti "tecnopolimeri", utilizzati in applicazioni che vanno dall'automotive alla costruzione, ai mobili, hanno proprietà superiori e possono persino aiutare a risolvere i problemi ambientali. Ad esempio, grazie all'ingegneria della plastica, i veicoli sono ora più leggeri, quindi ottengono una migliore resa in carburante. Ma quando il numero di usi aumenta, così fa la domanda di plastica. Il mondo produce già oltre 300 milioni di tonnellate di plastica ogni anno. Il numero potrebbe essere sei volte quello di 2050.

Petro-plastics non sono fondamentalmente così male, ma sono un'occasione persa. Fortunatamente, c'è un'alternativa. Passare dai polimeri a base di petrolio ai polimeri che sono biologicamente basati potrebbe ridurre le emissioni di carbonio di centinaia di milioni di tonnellate ogni anno. Polimeri a base biologica non sono solo rinnovabili e più ecocompatibili da produrre, ma possono effettivamente avere un effetto benefico netto sul cambiamento climatico agendo come un sink di carbonio. Ma non tutti i biopolimeri sono creati uguali.

Le bioplastiche non dipendono dalle trivellazioni petrolifere poiché ottengono il carbonio dalla CO2? già nell'atmosfera. QiuJu Song / Shutterstock.com

Biopolimeri degradabili

Potresti aver incontrato "bioplastiche"Prima, come utensili usa e getta in particolare, queste materie plastiche derivano dalle piante anziché dal petrolio. Tali biopolimeri vengono prodotti alimentando zuccheri, il più delle volte da canna da zucchero, barbabietole da zucchero o mais, a microrganismi che producono molecole precursori che possono essere purificate e collegate chimicamente per formare polimeri con varie proprietà.

La plastica derivata dalle piante è migliore per l'ambiente per due motivi. Innanzitutto, vi è una drastica riduzione dell'energia richiesta per la produzione di materie plastiche vegetali - di tanto quanto 80 per cento. Mentre ogni tonnellata di plastica derivata dal petrolio genera da 2 a 3 tonnellate di CO₂, questa può essere ridotta a circa 0.5 tonnellate di CO₂. per tonnellata di biopolimero e i processi stanno solo migliorando.

In secondo luogo, le materie plastiche a base vegetale possono essere biodegradabili, quindi non si accumulano nelle discariche.

Mentre è ottimo per articoli usa e getta come le forcelle di plastica da biodegradare, a volte una vita più lunga è importante - probabilmente non vorresti che il cruscotto della tua auto si trasformasse lentamente in una pila di funghi nel tempo. Molte altre applicazioni richiedono lo stesso tipo di resilienza, come materiali da costruzione, dispositivi medici e elettrodomestici. Anche i biopolimeri biodegradabili non sono riciclabili, il che significa che più piante devono essere coltivate e lavorate continuamente per soddisfare la domanda.

Biopolimeri come deposito di carbonio

Le materie plastiche, indipendentemente dalla fonte, sono principalmente in carbonio – circa l’80 per cento in peso. Mentre le plastiche derivate dal petrolio non rilasciano CO? Allo stesso modo della combustione dei combustibili fossili, non aiutano a sequestrare l’eccesso di questo inquinante gassoso: il carbonio del petrolio liquido viene semplicemente convertito in plastica solida.

I biopolimeri, d'altra parte, lo sono derivato dalle piante, che utilizzano la fotosintesi per convertire CO₂, acqua e luce solare in zuccheri. Quando queste molecole di zucchero vengono convertite in biopolimeri, il il carbonio è effettivamente bloccato dall'atmosfera - purché non siano biodegradati o inceneriti. Anche se i biopolimeri finiscono in una discarica, continueranno a svolgere questo ruolo di stoccaggio del carbonio.

CO? contiene solo il 28% circa di carbonio a peso, quindi i polimeri costituiscono un enorme serbatoio in cui immagazzinare questo gas serra. Se l’attuale fornitura mondiale annuale di circa 300 milioni di tonnellate di polimeri fosse tutta non biodegradabile e di origine biologica, ciò equivarrebbe a una gigatonnellata – un miliardo di tonnellate – di CO2.8 sequestrata, circa il XNUMX% del totale. attuali emissioni globali. In un recente rapporto, il Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici ha delineato la cattura, lo stoccaggio e il riutilizzo del carbonio come una strategia chiave per mitigare il cambiamento climatico; i polimeri di origine biologica potrebbero dare un contributo chiave, fino al 20% della CO1.5? rimozione necessaria per limitare il riscaldamento globale a XNUMX gradi Celsius.

Il mercato dei biopolimeri non degradabile

Attuali strategie di sequestro del carbonio, tra cui deposito geologico che pompa CO? scarico sotterraneo o agricoltura rigenerativa che immagazzina più carbonio nel terreno, si appoggia pesantemente sulla politica per guidare i risultati desiderati.

Mentre questi sono meccanismi critici per la mitigazione dei cambiamenti climatici, il sequestro del carbonio sotto forma di biopolimeri ha il potenziale per sfruttare un diverso driver: il denaro.

La competizione basata sul solo prezzo è stata una sfida per i biopolimeri, ma primi successi mostra un percorso verso una maggiore penetrazione. Un aspetto interessante è la possibilità di accedere a nuovi prodotti chimici non attualmente presenti nei polimeri derivati ​​dal petrolio.

Le bottiglie di plastica Petro possono essere riciclate solo un paio di volte al massimo. hans / pixabay, CC BY

Consideri la riciclabilità. Pochi polimeri tradizionali sono veramente riciclabile. Questi materiali in realtà sono più spesso downcycled, il che significa che sono adatti solo per applicazioni a basso valore, come i materiali da costruzione. Grazie agli strumenti di ingegneria genetica e enzimatica, tuttavia, proprietà come completa riciclabilità - che consente al materiale di essere utilizzato ripetutamente per la stessa applicazione - può essere progettato in biopolimeri fin dall'inizio.

Bio-polimeri oggi si basano in gran parte su prodotti di fermentazione naturale di alcune specie di batteri, come la produzione di Lactobacillus di acido lattico, lo stesso prodotto che fornisce l'asprezza nelle birre acide. Mentre questi costituiscono un buon primo passo, la ricerca emergente suggerisce che la vera versatilità dei biopolimeri si scatenerà nei prossimi anni. Grazie al capacità moderna di ingegnerizzare le proteine ​​e modificare il DNA, la progettazione personalizzata di precursori di biopolimeri è ormai a portata di mano. Con esso diventa possibile un mondo di nuovi polimeri: materiali in cui la CO2 di oggi? risiederà in una forma più utile e di maggior valore.

I piani stanno iniziando a essere fatti anche di polimeri - i biopolimeri sono il passo successivo. Eric Salard / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Per realizzare questo sogno, sono necessarie ulteriori ricerche. Mentre i primi esempi sono qui oggi - come in parte Coca-Cola PlantBottle a base biologica - la bioingegneria necessaria per ottenere molti dei nuovi biopolimeri più promettenti è ancora in fase di ricerca - come a alternativa rinnovabile alla fibra di carbonio che potrebbe essere utilizzato in tutto, dalle biciclette alle pale delle turbine eoliche.

Anche le politiche governative a sostegno del sequestro del carbonio contribuirebbero a favorire l'adozione. Con questo tipo di supporto, l'uso significativo di biopolimeri come deposito di carbonio è possibile non appena i prossimi cinque anni, una tempistica con il potenziale contributo significativo per aiutare a risolvere la crisi climatica.

Riguardo agli Autori

Joseph Rollin, ricercatore postdottorato in bioenergia, Laboratorio nazionale per le energie rinnovabili e Jenna E. Gallegos, ricercatrice post-dottorato in ingegneria chimica e biologica, Colorado State University

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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