Održiva plastika dobivena iz poljoprivrednog otpada već je stvarnost

Potraga za održivi materijali nikad nije bilo tako hitno: u svijetu sve više oslabljenom učincima globalno zatopljenje i suočavajući se s vrlo brzim razvojem zemalja u usponu, jedan od najvažnijih izazova je onaj koji predstavlja plastika, sada sveprisutan u svakodnevnom životu svakog od nas, s jednog kraja planeta na drugi.

Osim problema od odlaganje plastičnih materijala, također zabrinjava činjenica da se te tvari proizvode iz fosilna goriva, zbog čega njihova sinteza izravno utječe naemisija stakleničkih plinova i globalno zagrijavanje.

Međutim, znanstvenici s EPFL-a razvili su održivu metodu proizvodnje plastika visokih performansi, poput poliamida, počevši od jednog šećer ekstrahiran iz poljoprivrednog otpada, posebno iz biomase kao što je drvo ili klip kukuruza.

Kad nanoplastika nije onakva kakvom se čini
Sklopovi od obnovljivih sirovina za "zelenu" elektroniku

Održiva plastika, uistinu ključni izazov za planet

proizvodi plastični materijali visokih performansi na održiv način jest ključni izazov za budućnost planeta, pogotovo ako uzmemo u obzir da većina materijala visokih performansi, poput najlona ili tzv. tehnopolimera, koristi aromatski prekursori koje je još uvijek vrlo teško održivo nabaviti.

Pionirski pristup ovom problemu dolazi iz studije koju je proveo tim Jeremy Luterbacher Saveznog veleučilišta u Lausanni upravo objavljeno na “Održivost prirode”: istraživači su uspjeli sintetizirati neke poliamidi, klasa plastike kojoj pripadaju razne vrste najlona, ​​počevši od a šećerna jezgra dobivenih iz poljoprivrednog otpada.

Ne samo nova metoda iskorištava obnovljivi izvor, ali također uspijeva postići ovu transformaciju učinkovito i sa minimalan utjecaj na okoliš.

"Tipičnoj plastici na bazi fosila potrebne su aromatske skupine kako bi plastika dobila krutost, što joj daje svojstva izvedbe kao što su tvrdoća, čvrstoća i otpornost na visokim temperaturama“, objašnjava Luterbacher.

"Ovdje dobivamo slične rezultate, ali koristimo strukturu šećera, koji se nalazi posvuda u prirodi i općenito je potpuno netoksičan, kako bi se osigurala krutost i radna svojstva".

Ugljikohidrati dobiveni iz otpadnih proizvoda, čitamo u studiji, mogu plastici dati performanse koje se mogu natjecati s performansama “klasičnih” ili poluaromatskih polimera.

Kemija i moda: kad je sve u… tkanini
Plastika u Atlantiku: 5 najrizičnijih područja za životinje

Oni poliamidi koji su održivi i po konkurentnoj cijeni...

Lorenz Manker i njegovi kolege razvili su postupak bez katalizatora za njegovu pretvorbu ksiloza dimetil glioksilat (DMGX), stabilizirani ugljikohidrat dobiven izravno iz biomase kao što su drvo ili klipovi kukuruza, izrađen od visokokvalitetnih poliamida.

Proces, osim što je održiv, također je iznimno učinkovit: zapravo postiže impresivan atomska učinkovitost od 97 posto, što znači da se gotovo sav početni materijal koristi u konačnom proizvodu, čime se drastično smanjuje otpad.

Ono što su znanstvenici uspjeli dobiti su amorfni poliamidi s učinkom usporedivim s poluaromatičnim alternativama na bazi fosila. Kako studija navodi, "usprkos prisutnosti ugljikohidratne jezgre, ovi materijali zadržavaju svoja termomehanička svojstva zahvaljujući višestrukim ciklusima mehaničkog recikliranja visokog smicanja i mogu se kemijski reciklirati".

I ne samo to: tehničko-ekonomska analiza i procjena životnog ciklusa novih održivih poliamida pokazale su da bi ti materijali mogli imati "un konkurentna cijena u usporedbi s tradicionalnim poliamidima, uključujući najlone (na primjer najlon 66), s a smanjenje potencijala globalnog zatopljenja do 75 posto".

Kao što smo pročitali u studiji, poliamidi imaju visoku tržišnu vrijednost, s cijenama u rasponu od 3-7 dolara po kilogramu za najlon 66 do 20 dolara po kilogramu za polu-aromatične poliftalamide visoke učinkovitosti (PPA). njihovi kopolimeri.

Evo prvog sladoleda od vanilije proizvedenog od... plastičnog otpada
Je li papir nova plastika? Neka pitanja o održivosti

Učinkovit proces koji može smanjiti utjecaj na okoliš

Polazište za održivi poliamidi je ksiloza dimetil glioksilat (DMGX), polimerni prekursor koji se može proizvesti iz dostupne biomase i koji je već korišten za proizvodnju razgradivi poliesteri.

U novoj studiji, isti se spoj koristi za sintezu poliamida visoke molekularne težine, koristeći topi se na 250 stupnjeva, bez potrebe za katalizatorom i s vremenom reakcije od samo tri sata.

Proizvodnja održivih monomera za ugradnju u konstruirane poliamide mogla bi se značajno smanjiti ekološki otisak kemijske industrije, dok nudi mogućnost povećati profitabilnost lignocelulozne biomase otvaranje tržišta s visokom dodanom vrijednošću u usporedbi s onom osnovnih poliestera i poliolefina.

Tradicionalni poliamidi, kao npr najlon ili kevlar, imaju visoku otpornost na udarce, habanje, otapala i ulja, osiguravajući razumnu toplinsku izolaciju.

U pogledu održivosti, međutim, ima još puno posla. To se jasno može vidjeti uzimajući u obzir potencijal globalnog zatopljenja (GWP), koji izražava doprinos materijala učinku staklenika i koji je posebno visok za poliamide. Kako studija navodi, "najčešći poliamid, najlon 66, ima GWP od približno 8-9 kg CO2-ekvivalenata po kilogramu”, u usporedbi s 3 kg polietilen tereftalat (PET).

Također je zanimljivo primijetiti kako je u sinteza najlona, velik dio GWP-a duguje se upravo prekursoru, tj. adipinskoj kiselini, koja sama "teži" 8,5 kg.

Inovacije i zaštita: Ocean Cleanup za mora bez plastike
Od mora do digitalnog muzeja: Archeoplastica spašava planet

Prava konkretna alternativa korištenju fosilne plastike

"U analizi ukupne održivosti našeg materijala također smo uz GWP uzeli u obzir i druge kategorije utjecaja na okoliš“, objašnjavaju znanstvenici. Kao što se često događa s proizvodi na biološkoj bazi, ekološko opterećenje za proizvodnju ovih poliamida prebacuje se negdje drugdje, posebno uključujući prirodna transformacija tla i ekotoksičnost uzrokovana intenzivnom poljoprivredom.

Plastika dobivena iz poljoprivredni otpad, čitamo u studiji, “smanjio je ovo opterećenje u usporedbi s drugim poliamidima na biološkoj bazi koji uzgajaju uljarice isključivo u tu svrhu (npr. poliamidi dobiveni iz ricinusovog ulja)”. Nadalje, korištenje poljoprivrednih ostataka umjesto biljnih ulja značajno smanjuje utjecaj o zemaljskom kiseljenju, naeutrofikacija slatke vode, o morskoj ekotoksičnosti i smanjenju fosilnih goriva.

Biološki poliamidi koje su razvili EPFL istraživači nudevrlo obećavajuća alternativa fosilnoj plastici, za razne primjene u rasponu od automobilskih komponenti do filamenti za 3D ispis i robe široke potrošnje.

"Pronalaženje plastičnih prekursora koji se mogu sintetizirati s visokom učinkovitošću obilne i obnovljive sirovine, koji su kompatibilni s različitim kemijskim materijalima i koji mogu ponuditi radna svojstva slična onima aromatskih monomera i ftalata uvelike bi olakšali konkurencija naftnim derivatima“, opet pokazuje studija.

Put je još dug, ali napredak ide brzo: proizvodnja ovih novih materijala već je u fazi povećanja zahvaljujući Bloom Bioobnovljivi izvori energije, EPFL spin-off koja ima za cilj njihovo plasiranje na tržište. Konkretna alternativa fosilnoj plastici već je stvarnost.

Kako mikro i nanoplastika završava u arktičkom ledu
Tanja Zimmermann: “Pokušavamo 'materijalizirati' energiju”