Zrównoważony plastik pozyskiwany z odpadów rolniczych to już rzeczywistość

Poszukiwanie zrównoważone materiały nigdy nie było tak pilne: w świecie coraz bardziej osłabianym przez skutki globalne ocieplenie oraz w związku z bardzo szybkim rozwojem krajów wschodzących, jednym z najważniejszych wyzwań jest to, które reprezentuje plastikowy, teraz wszechobecny w codziennym życiu każdego z nas, od jednego końca planety do drugiego.

Oprócz problemu utylizacja tworzyw sztucznych, niepokojący jest również fakt, że substancje te są produkowane paliwa kopalne, dlatego ich synteza bezpośrednio wpływa naemisja gazów cieplarnianych i globalne ocieplenie.

Naukowcy z EPFL opracowali jednak zrównoważoną metodę produkcji tworzywa sztuczne o wysokiej wydajności, podobnie jak poliamidy, zaczynając od jednego cukier ekstrahowany z odpadów rolniczych, w szczególności z biomasy takiej jak drewno lub kolby kukurydzy.

Kiedy nanoplastiki nie są tym, czym się wydają
Układy z surowców odnawialnych dla „zielonej” elektroniki

Zrównoważony plastik, naprawdę kluczowe wyzwanie dla planety

produce wysokiej jakości tworzywa sztuczne w sposób zrównoważony kluczowe wyzwanie dla przyszłości planetyzwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę, że większość materiałów o wysokich parametrach użytkowych, takich jak nylon czy tzw. technopolimery, wykorzystuje prekursory aromatyczne które nadal są bardzo trudne do pozyskania w sposób zrównoważony.

Pionierskie podejście do tego problemu wynika z badań przeprowadzonych przez zespół ds Jeremy’ego Luterbachera Federalnej Politechniki w Lozannie właśnie opublikowano w „Zrównoważony rozwój przyrody”: badaczom udało się zsyntetyzować niektóre poliamidy, klasa tworzyw sztucznych, do której należą różne rodzaje nylonu, począwszy od a jądro cukru pochodzące z odpadów rolniczych.

Nie tylko nowa metoda wykorzystuje odnawialne zasoby, ale także udaje mu się osiągnąć tę transformację skutecznie i za pomocą minimalny wpływ na środowisko.

"Typowe tworzywa sztuczne na bazie paliw kopalnych potrzebują grup aromatycznych, aby nadać tworzywom sztywność, co zapewnia im właściwości użytkowe, takie jak twardość, wytrzymałość i odporność w wysokich temperaturach„, wyjaśnia Luterbacher.

"Tutaj otrzymujemy podobne wyniki, ale używamy struktury cukru, który występuje wszędzie w przyrodzie i jest ogólnie całkowicie nietoksyczny, aby zapewnić sztywność i właściwości użytkowe".

Węglowodany uzyskane z produktów odpadowych, jak czytamy w badaniu, są w stanie zapewnić tworzywom sztucznym właściwości użytkowe, które mogą konkurować z osiągami polimery „klasyczne” lub półaromatyczne.

Chemia i moda: kiedy chodzi o… tkaninę
Plastik na Atlantyku: 5 obszarów najbardziej ryzykownych dla zwierząt

Te poliamidy, które są zrównoważone i po konkurencyjnej cenie…

Lorenza Mankera i jego współpracownicy opracowali bezkatalizatorowy proces jego konwersji Glioksylan ksylozodimetylu (DMGX), stabilizowany węglowodan pochodzący bezpośrednio z biomasę, taką jak drewno lub kolby kukurydzy, wykonane z wysokiej jakości poliamidów.

Proces ten jest nie tylko zrównoważony, ale także niezwykle skuteczny: w rzeczywistości osiąga imponujące wyniki wydajność atomowa 97 procentco oznacza, że ​​prawie cały materiał wyjściowy jest wykorzystywany w produkcie końcowym, co drastycznie zmniejsza ilość odpadów.

To, co udało się uzyskać naukowcom, to m.in amorficzne poliamidy o wydajności porównywalnej z półaromatycznymi alternatywami na bazie paliw kopalnych. Jak stwierdza badanie: „pomimo obecności rdzenia węglowodanowego, materiały te zachowują swoje właściwości termomechaniczne dzięki wielokrotnym cyklom mechanicznego recyklingu przy wysokim ścinaniu i można je poddać recyklingowi chemicznemu".

Co więcej: analiza techniczno-ekonomiczna i ocena cyklu życia nowych zrównoważonych poliamidów wykazały, że materiały te mogłyby mieć „un konkurencyjna cena w porównaniu z tradycyjnymi poliamidami, w tym nylonami (na przykład nylonem 66), przy czym zmniejszenie potencjału globalnego ocieplenia nawet o 75 procent".

Jak czytamy w badaniu, poliamidy mają wysoką wartość rynkową, a ceny wahają się od 3-7 dolarów za kilogram nylonu 66 do 20 dolarów za kilogram półaromatycznych, wysokowydajnych poftalamidów na bazie kwasów (PPA). ich kopolimery.

Oto pierwsze lody waniliowe wyprodukowane z... odpadów plastikowych
Czy papier to nowy plastik? Kilka pytań na temat zrównoważonego rozwoju

Wydajny proces pozwalający zmniejszyć ślad środowiskowy

Punkt wyjścia dla trwałe poliamidy to glioksylan dimetylu ksylozy (DMGX), prekursor polimerowy, który można wytwarzać z dostępnej biomasy i który został już wykorzystany do produkcji degradowalne poliestry.

W nowym badaniu ten sam związek wykorzystano do syntezy poliamidów o dużej masie cząsteczkowej, wykorzystując m.in topi się w temperaturze 250 stopni Celsjusza, bez konieczności stosowania katalizatora i z czasem reakcji wynoszącym zaledwie trzy godziny.

Produkcja zrównoważonych monomerów do wykorzystania w poliamidach technicznych mogłaby zostać znacznie zmniejszona ślad środowiskowy przemysłu chemicznego, oferując jednocześnie możliwość zwiększyć rentowność biomasy lignocelulozowej otwarcie rynku o wysokiej wartości dodanej w porównaniu z rynkiem podstawowych poliestrów i poliolefin.

Tradycyjne poliamidy, takie jak nylonu lub kevlaru, charakteryzują się wysoką odpornością na uderzenia, zużycie, rozpuszczalniki i oleje, zapewniając odpowiednią izolację termiczną.

Jeśli chodzi o zrównoważony rozwój, pozostaje jednak jeszcze wiele do zrobienia. Można to wyraźnie zobaczyć, biorąc pod uwagę tzw potencjał globalnego ocieplenia (GWP), który wyraża udział materiału w efekcie cieplarnianym i który jest szczególnie wysoki w przypadku poliamidów. Jak stwierdza badanie: „najpopularniejszy poliamid, nylon 66, ma GWP wynoszący około 8–9 kg ekwiwalentu CO2 na kilogram”, w porównaniu do 3 kg politereftalan etylenu (PET).

Interesujące jest również to, jak w synteza nylonuduża część GWP przypada właśnie na prekursor, czyli kwas adypinowy, który sam „waży” 8,5 kg.

Innowacje i ochrona: Oczyszczanie oceanów dla mórz wolnych od plastiku
Od morza do cyfrowego muzeum: Archeoplastyka ratuje planetę

Prawdziwa konkretna alternatywa dla stosowania tworzyw kopalnych

"Analizując ogólną zrównoważoność naszego materiału, oprócz GWP, uwzględniliśmy także inne kategorie wpływu na środowisko”, wyjaśniają naukowcy. Jak to często bywa z produkty pochodzenia biologicznego, obciążenie środowiska związane z produkcją tych poliamidów przenosi się gdzie indziej, w szczególności w odniesieniu do naturalne przekształcenie gleby oraz ekotoksyczność spowodowaną intensywnym rolnictwem.

Plastik uzyskany z Odpady rolnicze– czytamy w opracowaniu: „zmniejszył to obciążenie w porównaniu z innymi poliamidami pochodzenia biologicznego, na których uprawiane są rośliny oleiste wyłącznie w tym celu (np. poliamidy pochodzące z oleju rycynowego)”. Ponadto wykorzystanie pozostałości rolniczych zamiast olejów roślinnych znacznie zmniejsza wpływ o zakwaszeniu lądu, dneutrofizacja słodkiej wody, w sprawie ekotoksyczności morza i wyczerpywania się paliw kopalnych.

Oferta biopoliamidów opracowanych przez badaczy EPFLbardzo obiecującą alternatywą dla paliw kopalnychdo różnych zastosowań, od części samochodowych po Filamenty do druku 3D i dobra konsumpcyjne.

"Znalezienie prekursorów tworzyw sztucznych, które można zsyntetyzować z dużą wydajnością obfite i odnawialne surowce, które są kompatybilne z różnymi materiałami chemicznymi i które mogą oferować właściwości użytkowe podobne do właściwości monomerów aromatycznych i ftalanów, znacznie ułatwiłyby konkurencję z produktami naftowymi”, badanie pokazuje ponownie.

Droga jest jeszcze długa, ale postęp szybko postępuje: dzięki niemu produkcja tych nowych materiałów już wchodzi w fazę zwiększania skali Bloom Bioodnawialne źródła energii, wydzielenie EPFL którego celem jest wprowadzenie ich do obrotu. Konkretna alternatywa dla paliw kopalnych stała się już rzeczywistością.

Jak mikro i nanoplastiki trafiają do lodu Arktyki
Tanja Zimmermann: „Próbujemy „materializować” energię”