今天99塑料的百分比来自石油，但新的生物基可供选择。 矢量市场，Freepik和srip的图标, CC BY
你的车，手机，汽水瓶和鞋子有什么共同之处？ 它们都主要由石油制成。 这种不可再生资源被加工成一种多功能化学品，称为聚合物 - 或更常见的是塑料。 过度 每年XNUMX十亿加仑的石油 单独转化为塑料。
聚合物是过去几十年的许多重要发明的背后，如 3D印刷。 所谓的“工程塑料”，用于从汽车，建筑到家具等各种应用，具有优越的性能，甚至可以帮助解决环境问题。 例如，多亏工程塑料， 车辆现在重量更轻，所以他们获得更好的燃油里程。 但随着使用次数的增加， 对塑料的需求也是如此。 全世界每年已生产超过300万吨的塑料。 这个数字可能是2050的六倍。
石油塑料从根本上说并不是那么糟糕，但它们错失良机。 幸运的是，还有另一种选择。 从石油基聚合物转变为生物基聚合物可以每年减少数亿吨的碳排放。 生物基聚合物 不仅可再生且对环境更加环保，而且它们通过充当碳汇实际上可以对气候变化产生净效益。 但并非所有生物聚合物都是平等的。
生物塑料不依赖石油钻探，因为它们从二氧化碳中获取碳？已经在大气中了。 QiuJu Song / Shutterstock.com
可降解的生物聚合物
你可能遇到过“生物塑料“在此之前，特别是一次性餐具 - 这些塑料来自植物而不是油。 这种生物聚合物通过将糖（通常来自甘蔗，甜菜或玉米）加入到产生前体分子的微生物中来制备，所述前体分子可以被纯化并化学连接在一起以形成具有各种性质的聚合物。
由于两个原因，植物衍生塑料对环境更好。 首先，制造植物塑料所需的能源大幅减少 - 与80百分比一样多。虽然每吨石油衍生塑料会产生 2 至 3 吨二氧化碳，但可以减少至约 0.5 吨二氧化碳？每吨生物聚合物，而且工艺只会变得更好。
其次，植物性塑料可以生物降解，因此它们不会堆积在垃圾填埋场中。
虽然它对塑料叉子等一次性产品的生物降解非常有用，但有时更长的寿命很重要 - 你可能不希望汽车的仪表板随着时间的推移慢慢变成一堆蘑菇。 许多其他应用需要相同类型的弹性，例如建筑材料，医疗设备和家用电器。 可生物降解的生物聚合物也不可回收，这意味着需要不断种植和加工更多的植物以满足需求。
生物聚合物作为碳储存
塑料，无论来源，主要由碳制成 – 约 80%（按重量计）。石油衍生塑料不会释放二氧化碳吗？就像燃烧化石燃料一样，它们也无助于隔离任何过量的气态污染物——液态石油中的碳只是转化为固体塑料。
另一方面，生物聚合物是 来自植物，利用光合作用将二氧化碳、水和阳光转化为糖。当这些糖分子转化为生物聚合物时， 碳被有效地锁定 从大气层 - 只要它们没有生物降解或焚烧。 即使生物聚合物最终进入垃圾填埋场，它们仍将起到碳储存的作用。
一氧化碳？仅含约 28% 的碳 按重量计算，因此聚合物构成了一个巨大的储存库，可以储存这种温室气体。如果目前世界每年供应的约 300 亿吨聚合物都是不可生物降解的和生物基的，那么这将相当于封存了十亿吨的二氧化碳，约占全球聚合物总量的 2.8%。 目前的全球排放量。 在 最近的报道政府间气候变化专门委员会概述了捕获、储存和再利用碳作为缓解气候变化的一项关键战略；生物基聚合物可以做出关键贡献，最多可减少 20% 的二氧化碳排放？将全球变暖限制在 1.5 摄氏度需要清除。
不可降解的生物聚合物市场
目前的碳封存策略，包括 地质储存 泵送二氧化碳？排出地下或 再生农业 在土壤中储存更多的碳，严重依赖政策来推动预期的结果。
虽然这些是减缓气候变化的关键机制，但以生物聚合物形式封存碳有可能利用不同的驱动因素：金钱。
仅基于价格的竞争一直是生物聚合物的挑战，但是 早期的成功 显示出更大渗透的道路。 一个令人兴奋的方面是能够获得目前在石油衍生聚合物中找不到的新化学物质。
石塑瓶最多只能回收几次。 汉斯/ pixabay, CC BY
考虑可回收性。 很少有传统聚合物 真正可回收。 这些材料实际上通常被降级，这意味着它们仅适用于低价值应用，例如建筑材料。 由于遗传和酶工程的工具，但是，属性如 完全可回收性 - 允许材料重复用于相同的应用 - 可以从一开始就设计成生物聚合物。
生物聚合物如今 主要基于某些细菌种类的天然发酵产物，例如乳酸乳杆菌的生产 - 与提供酸啤酒中的酸味的相同产品。 虽然这些是良好的第一步，但新兴研究表明，生物聚合物的真正多功能性将在未来几年内释放出来。 感谢 现代设计蛋白质和修饰DNA的能力，生物聚合物前体的定制设计现已成为可能。有了它，新聚合物的世界就成为可能——今天的材料中的二氧化碳？将以更有用、更有价值的形式存在。
飞机也开始由聚合物制成 - 生物聚合物是下一步。 Eric Salard / Wikimedia Commons, 创用CC BY-SA
为了实现这个梦想，需要进行更多的研究。 虽然早期的例子今天在这里 - 就像部分一样 生物基可口可乐PlantBottle - 实现许多最有前途的新型生物聚合物所需的生物工程仍处于研究阶段 - 如同 碳纤维的可再生替代品 可用于从自行车到风力涡轮机叶片的所有产品。
支持碳固存的政府政策也有助于推动采用。 有了这种支持，未来五年内可以大量使用生物聚合物作为碳储存 - 这个时间表有可能为帮助解决气候危机作出重大贡献。
作者简介
Joseph Rollin，生物能源博士后研究员， 国家可再生能源实验室 和Jenna E. Gallegos，化学和生物工程博士后研究员， 科罗拉多州立大学
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