Come la plastica può sorprendentemente aiutare a combattere i cambiamenti climatici

Che cosa hanno in comune la tua auto, il telefono, la bottiglia di soda e le scarpe? Sono tutti in gran parte fatti di petrolio. Questa risorsa non rinnovabile viene trasformata in un versatile set di sostanze chimiche chiamate polimeri o, più comunemente, plastiche. Oltre 5 miliardi di litri di petrolio ogni anno vengono convertiti in plastica da soli.

I polimeri sono alla base di molte importanti invenzioni degli ultimi decenni, come la stampa 3D. I cosiddetti "tecnopolimeri", utilizzati in applicazioni che vanno dall'automotive alla costruzione, ai mobili, hanno proprietà superiori e possono persino aiutare a risolvere i problemi ambientali. Ad esempio, grazie ai tecnopolimeri, i veicoli sono ora più leggeri, quindi ottengono una migliore resa chilometrica del carburante. Ma con l'aumento del numero di usi, aumenta anche la domanda di plastica. Il mondo produce già oltre 300 milioni di tonnellate di plastica ogni anno. Il numero potrebbe essere sei volte quello entro il 2050.

Petro-plastics non sono fondamentalmente così male, ma sono un'occasione persa. Fortunatamente, c'è un'alternativa. Passare dai polimeri a base di petrolio ai polimeri che sono biologicamente basati potrebbe ridurre le emissioni di carbonio di centinaia di milioni di tonnellate ogni anno. I polimeri a base biologica non sono solo rinnovabili e più ecocompatibili da produrre, ma possono effettivamente avere un effetto benefico netto sul cambiamento climatico agendo come un sink di carbonio. Ma non tutti i biopolimeri sono creati uguali.

Bio-polimeri degradabili

Potresti aver incontrato "bioplastiche" prima, come utensili monouso in particolare - queste materie plastiche derivano dalle piante invece che dall'olio. Tali biopolimeri vengono prodotti alimentando zuccheri, il più delle volte da canna da zucchero, barbabietole da zucchero o mais, a microrganismi che producono molecole precursori che possono essere purificate e collegate chimicamente per formare polimeri con varie proprietà.

La plastica derivata dalle piante è migliore per l'ambiente per due motivi. In primo luogo, vi è una drastica riduzione dell'energia richiesta per la produzione di materie plastiche vegetali - fino all'80 percento. Mentre ogni tonnellata di plastica derivata dal petrolio genera da due a tre tonnellate di CO₂, questa può essere ridotta a circa 0,5 tonnellate di CO₂ per tonnellata di biopolimero e i processi stanno migliorando.

In secondo luogo, le materie plastiche a base vegetale possono essere biodegradabili, quindi non si accumulano nelle discariche.

Mentre è ottimo per articoli usa e getta come le forcelle di plastica da biodegradare, a volte una vita più lunga è importante - probabilmente non vorresti che il cruscotto della tua auto si trasformasse lentamente in una pila di funghi nel tempo. Molte altre applicazioni richiedono lo stesso tipo di resilienza, come materiali da costruzione, dispositivi medici e elettrodomestici. Anche i biopolimeri biodegradabili non sono riciclabili, il che significa che più piante devono essere coltivate e lavorate continuamente per soddisfare la domanda.

Bio-polimeri come deposito di carbone

Le materie plastiche, indipendentemente dalla fonte, sono costituite principalmente da carbonio, circa l'80% in peso. Mentre le materie plastiche derivate dal petrolio non rilasciano CO₂ nello stesso modo in cui bruciano i combustibili fossili, non aiutano nemmeno a sequestrare l'eccesso di questo inquinante gassoso - il carbonio dall'olio liquido viene semplicemente convertito in plastica solida.

I biopolimeri, d'altra parte, sono derivati ​​da piante che usano la fotosintesi per convertire CO₂, acqua e luce solare in zuccheri. Quando queste molecole di zucchero vengono convertite in biopolimeri, il carbonio viene effettivamente bloccato lontano dall'atmosfera, a condizione che non vengano biodegradati o inceneriti. Anche se i biopolimeri finiscono in una discarica, continueranno a svolgere questo ruolo di stoccaggio del carbonio.

Il CO₂ è solo circa il 28% di carbonio in peso, quindi i polimeri comprendono un enorme serbatoio in cui conservare questo gas serra. Se l'attuale fornitura mondiale di circa 300 milioni di tonnellate di polimeri fosse non biodegradabile e bio-based, ciò equivarrebbe a un gigaton - un miliardo di tonnellate - di CO sequ sequestrato, circa il 2,8% delle attuali emissioni globali. In un recente rapporto, il Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici ha delineato la cattura, l'archiviazione e il riutilizzo del carbonio come strategia chiave per mitigare i cambiamenti climatici; i polimeri a base biologica potrebbero dare un contributo chiave, fino al 20 percento della rimozione di CO required richiesta per limitare il riscaldamento globale a 1,5 gradi Celsius.

Il mercato del biopolimero non degradabile

Le attuali strategie di sequestro del carbonio, tra cui lo stoccaggio geologico che pompa il gas di scarico sotterraneo o l'agricoltura rigenerativa che immagazzina più carbonio nel terreno, si basano pesantemente sulla politica per guidare i risultati desiderati.

Mentre questi sono meccanismi critici per la mitigazione dei cambiamenti climatici, il sequestro del carbonio sotto forma di biopolimeri ha il potenziale per sfruttare un diverso driver: il denaro.

La competizione basata sul solo prezzo è stata una sfida per i biopolimeri, ma i primi successi mostrano un percorso verso una maggiore penetrazione. Un aspetto interessante è la possibilità di accedere a nuovi prodotti chimici non attualmente presenti nei polimeri derivati ​​dal petrolio.

Consideri la riciclabilità Pochi polimeri tradizionali sono veramente riciclabili. Questi materiali in realtà sono più spesso downcycled, il che significa che sono adatti solo per applicazioni a basso valore, come i materiali da costruzione. Grazie agli strumenti di ingegneria genetica ed enzimatica, tuttavia, proprietà come la completa riciclabilità - che consente al materiale di essere usato ripetutamente per la stessa applicazione - possono essere progettate fin dall'inizio in biopolimeri.

I bio-polimeri oggi si basano in gran parte su prodotti di fermentazione naturale di alcune specie di batteri, come la produzione di Lactobacillus di acido lattico, lo stesso prodotto che fornisce l'asprezza nelle birre acide. Mentre questi costituiscono un buon primo passo, la ricerca emergente suggerisce che la vera versatilità dei biopolimeri si scatenerà nei prossimi anni. Grazie alla moderna capacità di ingegnerizzare le proteine ​​e modificare il DNA, è ora disponibile la progettazione personalizzata di precursori di biopolimeri. Con esso, diventa possibile un mondo di nuovi polimeri - materiali in cui il CO₂ attuale risiederà in una forma più utile e più preziosa.

Per realizzare questo sogno, sono necessarie ulteriori ricerche. Mentre i primi esempi sono qui oggi - come la Coca-Cola PlantBottle, parzialmente bio-based - la bioingegneria necessaria per ottenere molti dei nuovi biopolimeri più promettenti è ancora in fase di ricerca - come un'alternativa rinnovabile alla fibra di carbonio che potrebbe essere utilizzata in tutto, dalle biciclette alle pale delle turbine eoliche.

Anche le politiche governative a sostegno del sequestro del carbonio contribuirebbero a favorire l'adozione. Con questo tipo di supporto, l'uso significativo di biopolimeri come deposito di carbonio è possibile non appena i prossimi cinque anni, una tempistica con il potenziale contributo significativo per aiutare a risolvere la crisi climatica.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Joseph Rollin e Jenna E. Gallegos. Leggi l'articolo originale qui.