พลาสติกมีวิธีการอย่างไรที่น่าแปลกใจช่วยต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

รถยนต์โทรศัพท์ขวดโซดาและรองเท้ามีอะไรเหมือนกัน? ส่วนใหญ่ล้วนทำมาจากปิโตรเลียม ทรัพยากรที่ไม่สามารถทดแทนนี้ได้รับการแปรรูปเป็นชุดสารเคมีอเนกประสงค์ที่เรียกว่าโพลีเมอร์หรือโดยทั่วไปคือพลาสติก น้ำมันมากกว่า 5 พันล้านแกลลอนในแต่ละปีจะถูกเปลี่ยนเป็นพลาสติกอย่างเดียว

โพลิเมอร์อยู่เบื้องหลังการประดิษฐ์ที่สำคัญมากมายในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาเช่นการพิมพ์ 3 มิติ ที่เรียกว่า "พลาสติกวิศวกรรม" ที่ใช้ในการใช้งานตั้งแต่ยานยนต์ไปจนถึงการก่อสร้างจนถึงเฟอร์นิเจอร์มีคุณสมบัติที่เหนือกว่าและยังสามารถช่วยแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่นด้วยพลาสติกวิศวกรรมยานพาหนะตอนนี้มีน้ำหนักเบาดังนั้นพวกเขาจึงได้รับไมล์สะสมเชื้อเพลิงที่ดีขึ้น แต่เมื่อปริมาณการใช้เพิ่มขึ้นความต้องการพลาสติกก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน โลกผลิตพลาสติกมากกว่า 300 ล้านตันทุกปี จำนวนอาจเป็นหกเท่าของปี 2050

ปิโตรเคมีไม่ได้เป็นสิ่งที่เลวร้าย แต่เป็นโอกาสที่พลาดไป โชคดีที่มีทางเลือกอื่น การเปลี่ยนจากโพลีเมอร์ที่ใช้ปิโตรเลียมเป็นโพลิเมอร์ที่ใช้ทางชีวภาพสามารถลดการปล่อยคาร์บอนได้หลายร้อยล้านตันทุกปี โพลีเมอร์ที่มาจากชีวภาพไม่เพียง แต่ทดแทนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการผลิต แต่พวกเขาสามารถมีผลประโยชน์สุทธิในการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโดยทำหน้าที่เป็นอ่างคาร์บอน แต่ไม่ได้สร้างพอลิเมอร์ชีวภาพเท่ากันทั้งหมด

ไบโอโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้

คุณอาจเคยพบกับ“ พลาสติกชีวภาพ” มาก่อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งภาชนะที่ใช้แล้วทิ้ง - พลาสติกเหล่านี้ได้มาจากพืชแทนที่จะเป็นน้ำมัน โพลีเมอร์ชีวภาพดังกล่าวผลิตจากการให้น้ำตาลโดยส่วนใหญ่มาจากอ้อยน้ำตาลหัวบีตหรือข้าวโพดจนถึงจุลินทรีย์ที่ผลิตโมเลกุลของสารตั้งต้นที่สามารถทำให้บริสุทธิ์และเชื่อมโยงทางเคมีเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโพลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติต่างๆ

พลาสติกที่ได้จากพืชนั้นดีต่อสิ่งแวดล้อมด้วยเหตุผลสองประการ อย่างแรกคือมีการลดลงอย่างมากของพลังงานที่ใช้ในการผลิตพลาสติกจากพืช - มากถึง 80% ในขณะที่พลาสติกที่ได้จากปิโตรเลียมแต่ละตันสร้างCO₂สองถึงสามตันสิ่งนี้สามารถลดลงได้ประมาณ 0.5 ตันของCO₂ต่อตันของพอลิเมอร์ชีวภาพและกระบวนการก็เริ่มดีขึ้นเท่านั้น

ประการที่สองพลาสติกจากพืชสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพดังนั้นจึงไม่สะสมอยู่ในหลุมฝังกลบ

แม้ว่าจะดีสำหรับการทิ้งเช่นส้อมพลาสติกเพื่อย่อยสลายทางชีวภาพ แต่บางครั้งอายุการใช้งานที่ยาวนานก็สำคัญ แต่คุณอาจไม่ต้องการแผงควบคุมรถของคุณที่จะกลายเป็นกองเห็ดเมื่อเวลาผ่านไป แอปพลิเคชั่นอื่น ๆ อีกมากมายต้องการความยืดหยุ่นเช่นวัสดุก่อสร้างอุปกรณ์การแพทย์และเครื่องใช้ในบ้าน โพลีเมอร์ชีวภาพที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพนั้นยังไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ซึ่งหมายถึงพืชจำนวนมากจำเป็นต้องมีการปลูกและแปรรูปอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการ

ไบโอโพลีเมอร์ที่เก็บคาร์บอน

พลาสติกไม่ว่าจะมาจากแหล่งใดก็ตามส่วนใหญ่ทำจากคาร์บอน - ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก แม้ว่าพลาสติกที่ได้จากปิโตรเลียมจะไม่ปล่อยCO₂ในลักษณะเดียวกับการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่พวกเขาก็ไม่ได้ช่วยในการแยกส่วนเกินของสารมลพิษในก๊าซนี้ - คาร์บอนจากน้ำมันเหลวจะถูกเปลี่ยนเป็นพลาสติกแข็ง

ในทางตรงกันข้ามโพลีเมอร์ชีวภาพนั้นมาจากพืชซึ่งใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อแปลงCO₂, น้ำและแสงแดดให้เป็นน้ำตาล เมื่อโมเลกุลน้ำตาลเหล่านี้ถูกเปลี่ยนเป็นโพลีเมอร์ชีวภาพคาร์บอนจะถูกล็อคอย่างมีประสิทธิภาพจากชั้นบรรยากาศ - ตราบใดที่ไม่ถูกย่อยสลายหรือเผาเป็นเถ้า แม้ว่าโพลิเมอร์ชีวภาพจะถูกฝังอยู่ในหลุมฝังกลบพวกเขาจะยังคงทำหน้าที่เก็บกักคาร์บอนนี้

CO₂มีคาร์บอนเพียงประมาณ 28 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักดังนั้นโพลีเมอร์จึงประกอบด้วยอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ที่ใช้เก็บก๊าซเรือนกระจกนี้ หากโลกในปัจจุบันมีเม็ดพลาสติกโพลีเมอร์อยู่ประมาณ 300 ล้านตันต่อปีซึ่งไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและชีวภาพทั้งหมดนี้จะเทียบเท่ากับ gigaton ซึ่งเป็นCO₂ที่มีการแยกตัวเป็นล้านล้านตันหรือประมาณ 2.8 เปอร์เซ็นต์ของการปล่อยมลพิษทั่วโลกในปัจจุบัน ในรายงานล่าสุดคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศสรุปการจับการจัดเก็บและการนำคาร์บอนกลับมาใช้ใหม่เป็นกลยุทธ์สำคัญในการบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โพลีเมอร์ที่มาจากชีวภาพสามารถมีส่วนช่วยได้มากถึงร้อยละ 20 ของการกำจัดCO₂เพื่อ จำกัด ภาวะโลกร้อนให้อยู่ที่ 1.5 องศาเซลเซียส

ตลาดไบโอโพลีเมอร์ที่ไม่สามารถย่อยสลายได้

กลยุทธ์การกักเก็บคาร์บอนในปัจจุบันรวมถึงการจัดเก็บทางธรณีวิทยาที่สูบCO₂ไอเสียใต้ดินหรือการเกษตรปฏิรูปที่เก็บคาร์บอนมากขึ้นในดินพึ่งพานโยบายเพื่อขับเคลื่อนผลลัพธ์ที่ต้องการ

ในขณะที่สิ่งเหล่านี้เป็นกลไกสำคัญในการลดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศการกักเก็บคาร์บอนในรูปแบบของพอลิเมอร์ชีวภาพมีศักยภาพที่จะควบคุมไดรเวอร์ที่แตกต่างกัน: เงิน

การแข่งขันที่อิงกับราคาเพียงอย่างเดียวนั้นเป็นสิ่งที่ท้าทายสำหรับไบโอโพลีเมอร์ แต่ความสำเร็จในระยะแรกแสดงให้เห็นถึงการมุ่งสู่การรุกที่มากขึ้น สิ่งหนึ่งที่น่าตื่นเต้นคือความสามารถในการเข้าถึงเคมีใหม่ที่ไม่พบในโพลิเมอร์ที่ได้มาจากปิโตรเลียม

พิจารณาการรีไซเคิล โพลีเมอร์แบบดั้งเดิมจำนวนหนึ่งสามารถรีไซเคิลได้อย่างแท้จริง จริง ๆ แล้ววัสดุเหล่านี้มักจะถูกลดปริมาณลงซึ่งหมายความว่าพวกเขาเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีราคาต่ำเช่นวัสดุก่อสร้างเท่านั้น ต้องขอบคุณเครื่องมือของพันธุวิศวกรรมและวิศวกรรมเอนไซม์อย่างไรก็ตามคุณสมบัติเช่นการรีไซเคิลได้อย่างสมบูรณ์ - ซึ่งช่วยให้วัสดุสามารถนำมาใช้ซ้ำ ๆ สำหรับแอปพลิเคชันเดียวกัน - สามารถออกแบบให้เป็นโพลิเมอร์ชีวภาพได้ตั้งแต่เริ่มต้น

ไบโอโพลีเมอร์ในปัจจุบันส่วนใหญ่มาจากการหมักตามธรรมชาติของแบคทีเรียบางชนิดเช่นการผลิตโดยแลคโตบาซิลลัสของกรดแลคติกซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์เดียวกันที่ให้ความฝาดเผ็ดร้อนในเบียร์เปรี้ยว แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นก้าวแรกที่ดี แต่งานวิจัยที่เกิดขึ้นใหม่ชี้ให้เห็นว่าความสามารถที่แท้จริงของโพลีเมอร์ชีวภาพนั้นถูกปลดปล่อยออกมาในไม่กี่ปีข้างหน้า ต้องขอบคุณความสามารถที่ทันสมัยในการสร้างโปรตีนและปรับเปลี่ยน DNA ทำให้การออกแบบสารตั้งต้นของสารตั้งต้นทางชีวภาพสามารถเข้าถึงได้ ด้วยโลกของพอลิเมอร์ใหม่ที่เป็นไปได้ - วัสดุที่CO₂ของวันนี้จะอยู่ในรูปแบบที่มีประโยชน์และมีคุณค่ามากขึ้น

เพื่อให้บรรลุความฝันนี้ต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม ในขณะที่ตัวอย่างแรกอยู่ที่นี่วันนี้ - เช่น Coca-Cola PlantBottle บางส่วนทางชีวภาพ - วิศวกรรมชีวภาพที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุจำนวนมากของพอลิเมอชีวภาพใหม่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัย - เช่นทางเลือกทดแทนคาร์บอนไฟเบอร์ที่สามารถใช้ ทุกอย่างตั้งแต่จักรยานไปจนถึงใบพัดกังหันลม

นโยบายของรัฐบาลที่สนับสนุนการกักเก็บคาร์บอนจะช่วยผลักดันการยอมรับ ด้วยการสนับสนุนในลักษณะนี้การใช้โพลีเมอร์ชีวภาพอย่างมีนัยสำคัญในการกักเก็บคาร์บอนจึงเป็นไปได้ในอีกห้าปีข้างหน้าซึ่งเป็นช่วงเวลาที่มีศักยภาพในการมีส่วนร่วมอย่างมีนัยสำคัญในการช่วยแก้ไขวิกฤติสภาพอากาศ

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Joseph Rollin และ Jenna E. Gallegos อ่านบทความต้นฉบับที่นี่