Bæredygtig plast fra landbrugsaffald er allerede en realitet

Søgen efter bæredygtige materialer har aldrig været så presserende: i en verden, der i stigende grad er svækket af virkningerne af global opvarmning og i forhold til den meget hurtige udvikling af vækstlande, er en af ​​de mest afgørende udfordringer, at plast, nu allestedsnærværende i hverdagen for hver enkelt af os, fra den ene ende af planeten til den anden.

Ud over problemet med bortskaffelse af plastmaterialer, hvad der også er bekymrende er det faktum, at disse stoffer er fremstillet af fossile brændstoffer, hvorfor deres syntese direkte påvirkerdrivhusgasudledning og global opvarmning.

Forskere ved EPFL har imidlertid udviklet en bæredygtig produktionsmetode højtydende plast, ligesom polyamider, startende fra en sukker udvundet af landbrugsaffald, især fra biomasse, såsom træ eller majskolber.

Når nanoplast ikke er, hvad de ser ud til
Kredsløb fra vedvarende råvarer til "grøn" elektronik

Bæredygtig plast, en virkelig afgørende udfordring for planeten

råvarer højtydende plastmaterialer på en bæredygtig måde en afgørende udfordring for planetens fremtid, især hvis vi tænker på, at de fleste højtydende materialer, såsom nylon eller de såkaldte technopolymerer, bruger aromatiske prækursorer som stadig er meget vanskelige at skaffe bæredygtigt.

En banebrydende tilgang til dette problem kommer fra undersøgelsen udført af teamet af Jeremy Luterbacher af den føderale polytekniske læreanstalt i Lausanne netop offentliggjort på "Naturens bæredygtighed”: Forskere har formået at syntetisere nogle polyamider, en klasse af plast, som de forskellige typer nylon tilhører, startende fra a sukkerkernen stammer fra landbrugsaffald.

Ikke kun den nye metode udnytter en vedvarende ressource, men formår også at opnå denne transformation effektivt og med en minimal miljøpåvirkning.

"Typisk fossilbaseret plast har brug for aromatiske grupper for at give deres plastik stivhed, hvilket giver dem ydeevneegenskaber som f.eks. hårdhed, styrke og modstand ved høje temperaturer“, forklarer Luterbacher.

"Her får vi lignende resultater, men vi bruger en sukkerstruktur, som findes overalt i naturen og generelt er fuldstændig ugiftigt, for at give stivhed og ydeevne egenskaber".

Kulhydratet opnået fra affaldsprodukter, læser vi i undersøgelsen, er i stand til at give plastpræstationer, der er i stand til at konkurrere med dem af "klassiske" eller semi-aromatiske polymerer.

Kemi og mode: når det handler om... stof
Plast i Atlanterhavet: de 5 mest risikable områder for dyr

Disse polyamider, der er bæredygtige og til en konkurrencedygtig pris...

Lorenz Manker og hans kolleger udviklede en katalysatorfri proces til at omdanne den xylose dimethylglyoxylat (DMGX), et stabiliseret kulhydrat hentet direkte fra biomasse såsom træ eller majskolber, lavet af højkvalitets polyamider.

Processen er, udover at være bæredygtig, også ekstremt effektiv: faktisk opnår den en imponerende atomeffektivitet på 97 procent, hvilket betyder, at næsten alt udgangsmaterialet bruges i slutproduktet, hvilket drastisk reducerer spild.

Hvad det er lykkedes forskerne at opnå er amorfe polyamider med ydeevne sammenlignelig med fossilbaserede semi-aromatiske alternativer. Som undersøgelsen siger, "På trods af tilstedeværelsen af ​​en kulhydratkerne bevarer disse materialer deres termomekaniske egenskaber takket være flere cyklusser af mekanisk genanvendelse med høj forskydning og de kan genbruges kemisk".

Ikke nok med det: den teknisk-økonomiske analyse og livscyklusvurdering af de nye bæredygtige polyamider har vist, at disse materialer kunne have "un konkurrencedygtig pris sammenlignet med traditionelle polyamider, herunder nylon (for eksempel nylon 66), med en reduktion af det globale opvarmningspotentiale med op til 75 procent".

Som vi læser i undersøgelsen, har polyamider en høj markedsværdi, med priser fra 3-7 dollars per kilo for nylon 66 op til 20 dollars per kilo for semi-aromatiske højtydende syrebaserede polyphthalater (PPA'er). deres copolymerer.

Her er den første vaniljeis fremstillet af... plastikaffald
Er papir det nye plastik? Nogle spørgsmål om bæredygtighed

En effektiv proces, der er i stand til at reducere det miljømæssige fodaftryk

Udgangspunkt for bæredygtige polyamider er xylose dimethylglyoxylat (DMGX), en polymer precursor, der kan fremstilles af tilgængelig biomasse, og som allerede er blevet brugt til at producere nedbrydelige polyestere.

I den nye undersøgelse bruges den samme forbindelse til syntesen af ​​polyamider med høj molekylvægt ved hjælp af smelter ved 250 graderuden behov for en katalysator og med reaktionstider på kun tre timer.

Produktionen af ​​bæredygtige monomerer til inkorporering i konstruerede polyamider kan reduceres betydeligt den kemiske industris miljømæssige fodaftryk, samtidig med at der er mulighed for øge rentabiliteten af ​​lignocelluloseholdig biomasse åbning af et marked med høj merværdi sammenlignet med basispolyestere og polyolefiner.

Traditionelle polyamider, som f.eks nylon eller kevlar, har en høj modstandsdygtighed over for stød, slid, opløsningsmidler og olier, hvilket sikrer rimelig varmeisolering.

Med hensyn til bæredygtighed er der dog stadig meget arbejde at gøre. Dette kan tydeligt ses ved at tage hensyn til globalt opvarmningspotentiale (GWP), som udtrykker et materiales bidrag til drivhuseffekten, og som er særligt højt for polyamider. Som undersøgelsen siger, "det mest almindelige polyamid, nylon 66, har en GWP på ca. 8-9 kg CO2-ækvivalent pr.”, sammenlignet med de 3 kg af polyethylenterephthalat (PET).

Det er også interessant at bemærke, hvordan i syntese af nylon, skyldes en stor del af GWP netop forstadiet, altså adipinsyre, som alene "vejer" 8,5 kg.

Innovationer og beskyttelse: Ocean Cleanup til plastfrit hav
Fra havet til det digitale museum: Archeoplastica redder planeten

Et rigtigt konkret alternativ til brugen af ​​fossil plast

"Ved at analysere den overordnede bæredygtighed af vores materiale tog vi også hensyn til andre miljøpåvirkningskategorier ud over GWP”, forklarer forskerne. Som det ofte sker med biobaserede produkter, skifter miljøbelastningen for produktionen af ​​disse polyamider andre steder, især involverer naturlig omdannelse af jorden og økotoksicitet forårsaget af intensivt landbrug.

Plasten opnået fra landbrugsaffald, læser vi i undersøgelsen, "har reduceret denne byrde sammenlignet med andre bio-baserede polyamider, der dyrker olieafgrøder udelukkende til dette formål (f.eks. ricinusolie-afledte polyamider)". Desuden brug af landbrugsrester i stedet for vegetabilske olier reducerer påvirkningen markant om terrestrisk forsuring, påeutrofiering af ferskvand, om marin økotoksicitet og udtømning af fossile brændstoffer.

De biobaserede polyamider udviklet af EPFL-forskere tilbydermeget lovende alternativ til fossil plast, til en række anvendelser lige fra bilkomponenter til filamenter til 3D-print og forbrugsgoder.

"At finde plastikprækursorer, der kan syntetiseres med høj effektivitet fra rigelige og vedvarende råvarer, som er kompatible med forskellige kemiske materialer, og som kan tilbyde ydeevneegenskaber svarende til aromatiske monomerer og phthalater, ville i høj grad lette konkurrence med olieprodukter”, viser undersøgelsen igen.

Vejen er stadig lang, men fremskridtene går hurtigt: Produktionen af ​​disse nye materialer er allerede i opskaleringsfasen takket være Bloom BiorenewablesEPFL spin-off som har til formål at bringe dem på markedet. Det konkrete alternativ til fossil plast er allerede en realitet.

Hvordan mikro- og nanoplastik ender i den arktiske is
Tanja Zimmermann: "Vi forsøger at 'materialisere' energi"