Ilgtspējīga plastmasa, kas iegūta no lauksaimniecības atkritumiem, jau ir realitāte

Meklēt ilgtspējīgi materiāli nekad nav bijis tik steidzams: pasaulē, kuru arvien vairāk vājina sekas globālā sasilšana un risinot ļoti straujo jauno tirgus ekonomikas valstu attīstību, viens no būtiskākajiem izaicinājumiem ir tas, ko pārstāv plastmasa, kas tagad ir visuresošs katra no mums ikdienā no viena planētas gala līdz otram.

Papildus problēmai par plastmasas materiālu iznīcināšana, satraucošs ir arī fakts, ka šīs vielas tiek ražotas no fosilais kurināmais, tāpēc to sintēze tieši ietekmēsiltumnīcefekta gāzu emisiju un globālā sasilšana.

Tomēr EPFL zinātnieki ir izstrādājuši ilgtspējīgu ražošanas metodi augstas veiktspējas plastmasa, piemēram, poliamīdi, sākot no viena cukurs, kas iegūts no lauksaimniecības atkritumiem, jo īpaši no biomasas, piemēram, koksnes vai kukurūzas vālītēm.

Kad nanoplastmasa nav tāda, kā šķiet
Shēmas no atjaunojamām izejvielām "zaļajai" elektronikai

Ilgtspējīga plastmasa ir patiešām būtisks izaicinājums planētai

Ražot augstas veiktspējas plastmasas materiāli ilgtspējīgā veidā tas ir būtisks izaicinājums planētas nākotnei, it īpaši, ja ņemam vērā, ka lielākā daļa augstas veiktspējas materiālu, piemēram, neilons vai tā sauktie tehnopolimēri, izmanto aromātiskie prekursori kuras joprojām ir ļoti grūti iegūt ilgtspējīgā veidā.

Novatoriska pieeja šai problēmai izriet no pētījuma, ko veica komanda Džeremijs Luterbahers no Lozannas Federālās Politehnikuma tikko publicēts "Dabas ilgtspēja”: pētniekiem ir izdevies sintezēt dažus poliamīdi, plastmasas klase, kurai pieder dažādi neilona veidi, sākot no a cukura kodols kas iegūti no lauksaimniecības atkritumiem.

Ne tikai jaunā metode izmanto atjaunojamo resursu, bet arī izdodas panākt šo transformāciju efektīvi un ar a minimāla ietekme uz vidi.

"Tipiskām fosilajām plastmasām ir vajadzīgas aromātiskas grupas, lai nodrošinātu to plastmasu stingrību, kas nodrošina tām tādas darbības īpašības kā, piemēram, cietība, izturība un pretestība augstā temperatūrā", skaidro Luterbahers.

"Šeit mēs iegūstam līdzīgus rezultātus, bet mēs izmantojam cukura struktūru, kas ir sastopams visur dabā un parasti ir pilnīgi netoksisks, lai nodrošinātu stingrību un veiktspējas īpašības".

Ogļhidrāti, kas iegūti no atkritumiem, kā mēs lasām pētījumā, spēj nodrošināt plastmasas veiktspēju, kas spēj konkurēt ar “klasiskie” vai daļēji aromātiskie polimēri.

Ķīmija un mode: kad runa ir par... audumu
Plastmasa Atlantijas okeānā: 5 riskantākās vietas dzīvniekiem

Tie poliamīdi, kas ir ilgtspējīgi un par konkurētspējīgu cenu…

Lorencs Mankers un viņa kolēģi izstrādāja bezkatalizatora procesu, lai to pārveidotu ksilozes dimetilglioksilāts (DMGX), stabilizēts ogļhidrāts, kas iegūts tieši no biomasa, piemēram, koksne vai kukurūzas vālītes, izgatavots no augstas kvalitātes poliamīdiem.

Process ir ne tikai ilgtspējīgs, bet arī ārkārtīgi efektīvs: patiesībā tas sasniedz iespaidīgu rezultātu atomu efektivitāte 97 procenti, kas nozīmē, ka galaproduktā tiek izmantots gandrīz viss izejmateriāls, krasi samazinot atkritumu daudzumu.

Tas, ko zinātniekiem ir izdevies iegūt, ir amorfie poliamīdi ar veiktspēju, kas salīdzināma ar pusaromātiskām alternatīvām, kuru pamatā ir fosilās vielas. Kā teikts pētījumā, "neskatoties uz ogļhidrātu kodola klātbūtni, šie materiāli saglabā savas termomehāniskās īpašības, pateicoties vairākiem augstas bīdes mehāniskās pārstrādes cikliem un tos var ķīmiski pārstrādāt".

Ne tikai tas: jauno ilgtspējīgo poliamīdu tehniskā un ekonomiskā analīze un dzīves cikla novērtējums ir parādījis, ka šiem materiāliem varētu būt "un konkurētspējīga cena salīdzinot ar tradicionālajiem poliamīdiem, ieskaitot neilonus (piemēram, neilonu 66), ar a globālās sasilšanas potenciāla samazināšana līdz pat 75 procentiem".

Kā mēs lasām pētījumā, poliamīdiem ir augsta tirgus vērtība, un cenas svārstās no 3-7 dolāriem par kilogramu neilona 66 līdz 20 dolāriem par kilogramu pusaromātiskajiem augstas veiktspējas poliftalamīdiem uz skābes bāzes (PPA). to kopolimēri.

Šeit ir pirmais vaniļas saldējums, kas ražots no... plastmasas atkritumiem
Vai papīrs ir jaunā plastmasa? Daži jautājumi par ilgtspējību

Efektīvs process, kas spēj samazināt ietekmi uz vidi

Sākumpunkts priekš ilgtspējīgi poliamīdi ir ksilozes dimetilglioksilāts (DMGX), polimēru prekursors, ko var ražot no pieejamās biomasas un kas jau ir izmantots, lai ražotu. noārdāmie poliesteri.

Jaunajā pētījumā tas pats savienojums tiek izmantots augstas molekulmasas poliamīdu sintēzei, izmantojot kušanas 250 grādu temperatūrā, bez nepieciešamības pēc katalizatora un ar reakcijas laiku tikai trīs stundas.

Varētu ievērojami samazināties ilgtspējīgu monomēru ražošana iekļaušanai inženierijas poliamīdos ķīmiskās rūpniecības ietekme uz vidi, vienlaikus piedāvājot iespēju palielināt lignocelulozes biomasas rentabilitāti tirgus atvēršana ar augstu pievienoto vērtību salīdzinājumā ar pamata poliesteru un poliolefīnu tirgu.

Tradicionālie poliamīdi, piemēram, neilons vai kevlars, ir augsta izturība pret triecieniem, nodilumu, šķīdinātājiem un eļļām, nodrošinot saprātīgu siltumizolāciju.

Tomēr ilgtspējības ziņā vēl ir daudz darāmā. To var skaidri redzēt, ņemot vērā globālās sasilšanas potenciāls (GWP), kas izsaka materiāla ieguldījumu siltumnīcas efektā un kas ir īpaši augsts poliamīdiem. Kā teikts pētījumā, "visizplatītākā poliamīda, neilona 66, GWP ir aptuveni 8-9 kg CO2 ekvivalenta uz kilogramu”, salīdzinot ar 3 kg polietilēntereftalāts (PET).

Interesanti ir arī atzīmēt, kā iekšā neilona sintēze, liela daļa no GWP ir saistīta tieši ar prekursoru, t.i., adipīnskābi, kas viena pati "sver" 8,5 kg.

Inovācijas un aizsardzība: Ocean Cleanup jūrām bez plastmasas
No jūras līdz digitālajam muzejam: arheoplastika glābj planētu

Īsta konkrēta alternatīva fosilās plastmasas izmantošanai

"Analizējot mūsu materiāla vispārējo ilgtspējību, papildus GWP mēs ņēmām vērā arī citas ietekmes uz vidi kategorijas.", skaidro zinātnieki. Kā tas bieži notiek ar bioloģiski ražoti produkti, šo poliamīdu ražošanas radītais vides slogs pārceļas uz citurieni, jo īpaši iesaistot dabiskā augsnes transformācija un ekotoksicitāte, ko izraisa intensīva lauksaimniecība.

Plastmasa, kas iegūta no lauksaimniecības atkritumi, mēs lasījām pētījumā, "ir samazinājis šo slogu salīdzinājumā ar citiem bioloģiski ražotiem poliamīdiem, kas audzē eļļas kultūras tikai šim nolūkam (piemēram, no rīcineļļas iegūtiem poliamīdiem)”. Turklāt lauksaimniecības atlieku izmantošana augu eļļu vietā ievērojami samazina ietekmi par sauszemes paskābināšanos, uzsaldūdens eitrofikācija, par jūras ekotoksicitāti un fosilā kurināmā izsīkšanu.

Piedāvā EPFL pētnieku izstrādātos bioloģiskos poliamīdusļoti daudzsološa alternatīva fosilajai plastmasai, dažādiem lietojumiem, sākot no automobiļu komponentiem līdz pavedieni 3D drukāšanai un patēriņa preces.

"Plastmasas prekursoru atrašana, ko var sintezēt ar augstu efektivitāti no bagātīgas un atjaunojamas izejvielas, kas ir saderīgi ar dažādiem ķīmiskiem materiāliem un kas var piedāvāt īpašības, kas līdzīgas aromātiskajiem monomēriem un ftalātiem, ievērojami atvieglotu konkurence ar naftas produktiem”, vēlreiz liecina pētījums.

Ceļš joprojām ir garš, bet progress virzās ātri: šo jauno materiālu ražošana jau ir apjoma palielināšanas fāzē, pateicoties Bloom Biorenewables, EPFL atdalīšana kuras mērķis ir tos laist tirgū. Konkrēta alternatīva fosilajai plastmasai jau ir realitāte.

Kā mikro un nanoplastmasa nonāk Arktikas ledū
Tanja Cimmermane: “Mēs cenšamies “materializēt” enerģiju”