Održiva plastika dobivena iz poljoprivrednog otpada već je realnost

Održivi (i ekonomični) poliamidi počevši od šećera ekstrahovanog iz biomase: već postoji spin-off spreman da ih stavi na tržište

Održivi poliamidi, studija u Švicarskoj
Održiva poliamidna vlakna (obojena i prirodna) nakon ekstruzije (Foto: Lorenz Manker/EPFL)

Potraga za održivi materijali nikada nije bilo tako hitno: u svijetu koji je sve oslabljen posljedicama globalno zagrijavanje i suočavajući se sa veoma brzim razvojem zemalja u razvoju, jedan od najvažnijih izazova je onaj koji predstavlja plastika, sada sveprisutan u svakodnevnom životu svakog od nas, s jednog kraja planete na drugi.

Pored problema sa odlaganje plastičnih materijala, ono što takođe zabrinjava je činjenica da se ove supstance proizvode fosilna goriva, zbog čega njihova sinteza direktno utiče naemisija gasova staklene bašte i globalno zagrevanje.

Međutim, naučnici sa EPFL-a razvili su održiv način proizvodnje plastike visokih performansi, poput poliamida, počevši od jednog šećer ekstrahovan iz poljoprivrednog otpada, posebno iz biomase kao što su drvo ili klip kukuruza.

Kada nanoplastika nije ono što izgleda
Krugovi od obnovljivih sirovina za "zelenu" elektroniku

Konkretna alternativa fosilnoj plastici
Prozirni film napravljen od održivih poliamida sintetiziranih iz poljoprivrednog otpada (Foto: Lorenz Manker/EPFL)

Održiva plastika, zaista ključni izazov za planetu

Za proizvodnju plastični materijali visokih performansi na održiv način jeste ključni izazov za budućnost planete, posebno ako uzmemo u obzir da većina materijala visokih performansi, poput najlona ili tzv. tehnopolimera, koristi aromatični prekursori koje je još uvijek vrlo teško nabaviti na održiv način.

Pionirski pristup ovom problemu dolazi iz studije koju je sproveo tim iz Jeremy Luterbacher Savezne politehnike u Lozani upravo objavljeno na “Održivost prirode”: istraživači su uspjeli neke sintetizirati poliamidi, klasa plastike kojoj pripadaju različite vrste najlona, ​​počevši od a jezgro šećera nastao iz poljoprivrednog otpada.

Ne samo nova metoda eksploatiše obnovljivi resurs, ali i ovu transformaciju uspijeva postići efikasno i uz a minimalan uticaj na životnu sredinu.

"Tipičnoj plastici na bazi fosila su potrebne aromatične grupe da bi svojoj plastici dale krutost, što im daje svojstva kao što su tvrdoća, čvrstoća i otpornost na visokim temperaturama“, objašnjava Luterbacher.

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

Ugljikohidrati dobiveni iz otpadnih proizvoda, čitali smo u studiji, mogu dati plastične performanse sposobne da se takmiče s onima iz “klasični” ili polu-aromatični polimeri.

Hemija i moda: kada je sve u pitanju... tkanina
Plastika u Atlantiku: 5 najrizičnijih područja za životinje

Održivi poliamidi iz poljoprivrednog otpada
Novi poliamidni materijal još uvijek u kalupu nakon brizganja (Foto: 2024 EPFL)

Oni poliamidi koji su održivi i po konkurentnoj cijeni…

Lorenz Manker i njegove kolege razvile su proces bez katalizatora da ga konvertuju ksiloza dimetil glioksilat (DMGX), stabilizirani ugljikohidrat koji dolazi direktno iz biomasa kao što je drvo ili klip kukuruza, izrađen od visokokvalitetnih poliamida.

Proces, osim što je održiv, je i izuzetno efikasan: zapravo postiže impresivan rezultat atomska efikasnost od 97 posto, što znači da se gotovo sav početni materijal koristi u finalnom proizvodu, čime se drastično smanjuje otpad.

Ono što su naučnici uspjeli dobiti su amorfni poliamidi sa performansama uporedivim sa polu-aromatičnim alternativama na bazi fosila. Kako studija navodi, “unatoč prisutnosti ugljikohidratnog jezgra, ovi materijali zadržavaju svoja termomehanička svojstva zahvaljujući višestrukim ciklusima mehaničkog recikliranja sa visokim smicanjem i mogu se hemijski reciklirati".

I ne samo to: tehničko-ekonomska analiza i procjena životnog ciklusa novih održivih poliamida pokazali su da ovi materijali mogu imati "un konkurentna cijena u odnosu na tradicionalne poliamide, uključujući najlone (na primjer najlon 66), s a smanjenje potencijala globalnog zagrijavanja 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 poluaromatične visokoučinkovite poliftalame na bazi kiselina (PPA). njihovi kopolimeri.

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

Održivi monomer koji može promijeniti plastiku
Lorenz Manker, prvi autor studije, pozira sa 1,5 kg DMGX monomera u ruci ispred reaktora za polimerizaciju (Fotografija: 2024 EPFL)

Efikasan proces sposoban da smanji uticaj na životnu sredinu

Polazna tačka 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 poliester.

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

Proizvodnja održivih monomera za ugradnju u konstruisane poliamide mogla bi se značajno smanjiti ekološki otisak hemijske industrije, dok nudi mogućnost povećati profitabilnost lignocelulozne biomase otvaranje tržišta s visokom dodanom vrijednošću u odnosu na osnovne poliestere i poliolefine.

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

U pogledu održivosti, međutim, ima još puno posla. Ovo se može jasno vidjeti uzimajući u obzir potencijal globalnog zagrijavanja (GWP), koji izražava doprinos materijala efektu staklene bašte i koji je posebno visok za poliamide. Kako studija navodi, “najčešći poliamid, najlon 66, ima GWP od približno 8-9 kg CO2 ekvivalenta po kilogramu“, u poređenju sa 3 kg polietilen tereftalat (PET).

Zanimljivo je i primijetiti kako u sinteza najlona, veliki dio GWP-a je upravo zbog prekursora, odnosno adipinske kiseline, koja sama "teži" 8,5 kg.

Inovacije i zaštita: Ocean Cleanup za mora bez plastike
Od mora do digitalnog muzeja: Arheoplastika spašava planetu

Održivi poliamidi iz poljoprivrednog otpada: studija
Poliamid napravljen od poljoprivrednog otpada je jak i fleksibilan i može se uvijati i pletati bez lomljenja (Foto: 2024 EPFL)

Prava betonska alternativa upotrebi fosilne plastike

"U analizi ukupne održivosti našeg materijala, uz GWP, uzeli smo u obzir i druge kategorije uticaja na životnu sredinu“, objašnjavaju naučnici. Kao što se često dešava sa proizvodi na biološkoj bazi, opterećenje životne sredine za proizvodnju ovih poliamida prebacuje se negdje drugdje, posebno uključujući prirodna transformacija tla i ekotoksičnost uzrokovana intenzivnom poljoprivredom.

Plastika dobijena od poljoprivredni otpad, čitamo u studiji, “smanjio je ovo opterećenje u odnosu na druge poliamide na biološkoj bazi koji uzgajaju uljane kulture isključivo u tu svrhu (npr. poliamidi dobiveni od ricinusovog ulja)”. Nadalje, korištenje poljoprivrednih ostataka umjesto biljnih ulja značajno smanjuje uticaj o kopnenom acidifikaciji, naeutrofikacija slatkih voda, o morskoj ekotoksičnosti i iscrpljenju fosilnih goriva.

Nude se poliamidi na biološkoj bazi koje su razvili istraživači EPFL-avrlo obećavajuća alternativa fosilnoj plastici, za razne primjene u rasponu od automobilskih komponenti do filamenti za 3D štampanje i robe široke potrošnje.

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

Put je još dug, ali napredak se brzo kreće: proizvodnja ovih novih materijala je već u fazi povećanja zahvaljujući Bloom Biorenewables, EPFL spin-off koja ima za cilj da ih plasira na tržište. Konkretna alternativa fosilnoj plastici već je realnost.

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

Alternativa fosilnoj plastici dolazi iz poljoprivrednog otpada
Navlaka za iPhone 3D štampana pomoću filamenta od novog održivog poliamida (Fotografija: 2024 EPFL)