놀랍게도 기후 변화를 막는 데 도움이되는 플라스틱

자동차, 전화, 음료수 병 및 신발에는 공통점이 있습니까? 그들은 모두 석유로 만들어졌습니다. 이 재생 불가능한 자원은 폴리머라고 불리는 다용도의 화학 물질로 처리됩니다. 매년 50 억 갤런 이상의 석유가 플라스틱으로 전환됩니다.

폴리머는 3D 인쇄와 같이 지난 수십 년 동안 많은 중요한 발명품의 배후에 있습니다. 자동차에서 건축, 가구에 이르기까지 응용 분야에 사용되는 소위 "엔지니어링 플라스틱"은 우수한 특성을 가지며 환경 문제를 해결하는 데 도움이됩니다. 예를 들어, 엔지니어링 플라스틱 덕분에 이제 자동차는 더 가볍기 때문에 연료 마일리지가 향상됩니다. 그러나 사용 횟수가 증가함에 따라 플라스틱에 대한 수요도 증가합니다. 세계는 이미 매년 3 억 톤 이상의 플라스틱을 생산합니다. 이 숫자는 2050 년까지 6 배가 될 수 있습니다.

석유 플라스틱은 근본적으로 그렇게 나쁘지는 않지만 놓친 기회입니다. 다행히도 대안이 있습니다. 석유 기반의 폴리머에서 생물학적 기반의 폴리머로 전환하면 매년 수억 톤의 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 바이오 기반 폴리머는 재생 가능하고보다 환경 친화적 인 제품이지만, 실제로 탄소 흡수원으로 작용하여 기후 변화에 실질적으로 유익한 효과를 나타낼 수 있습니다. 그러나 모든 바이오 폴리머가 평등하게 만들어지는 것은 아닙니다.

분해성 바이오 폴리머

특히 일회용기구 인 "바이오 플라스틱"이 오일 대신 식물에서 유래 된 경우가 있습니다. 이러한 바이오 폴리머는 사탕 수수, 사탕무 또는 옥수수에서 가장 자주 설탕을 공급하여 정제되고 화학적으로 연결되어 다양한 성질을 갖는 고분자를 형성 할 수있는 전구체 분자를 생산하는 미생물에 공급된다.

식물 유래 플라스틱은 두 가지 이유로 환경에 더 좋습니다. 첫째, 공장 기반의 플라스틱을 제조하는 데 필요한 에너지를 최대 80 %까지 대폭 절감합니다. 석유 유래 플라스틱은 1 톤당 2 ~ 3 톤의 이산화탄소를 생성하지만, 이는 바이오 폴리머 1 톤당 0.5 톤의 이산화탄소로 줄일 수 있으며 그 과정은 점점 나아지고 있습니다.

둘째, 식물성 플라스틱은 생분해 될 수 있으므로 매립지에 축적되지 않습니다.

플라스틱 포크와 같은 일회용품이 생분해되는 것은 좋지만 때로는 수명이 더 중요 할 수도 있습니다. 자동차의 대시 보드가 시간이 지남에 따라 서서히 버섯 더미로 변하는 것을 원치 않을 것입니다. 많은 다른 응용 분야에서는 건설 자재, 의료 기기 및 가전 제품과 같은 유형의 탄력성이 필요합니다. 생분해 성 바이오 폴리머는 재활용 할 수 없기 때문에 더 많은 식물을 재배하고 수요를 충족시키기 위해 지속적으로 가공해야합니다.

탄소 저장으로 생물 중합체

플라스틱은 원료와 상관없이 주로 탄소로 만들어 지는데 무게는 약 80 %입니다. 석유 유래 플라스틱은 화석 연료를 태우는 것과 같은 방법으로 이산화탄소를 배출하지 않지만이 액체상의 오염 물질의 과잉을 차단하는 데에도 도움이되지 않습니다. 액체 오일의 탄소는 단순히 고체 플라스틱으로 전환됩니다.

반면에 바이오 폴리머는 광합성을 사용하여 이산화탄소, 물 및 햇빛을 당으로 전환시키는 식물에서 추출됩니다. 이 설탕 분자가 바이오 폴리머로 전환되면 탄소는 생분해되거나 소각되지 않는 한 대기로부터 효과적으로 격리됩니다. 바이오 폴리머가 매립 될지라도, 그들은 여전히이 탄소 저장 역할을 할 것입니다.

CO₂는 약 28 %의 탄소만으로, 폴리머는이 온실 가스를 저장할 수있는 막대한 저장고를 구성합니다. 현재 세계에서 연간 약 3 억 톤의 폴리머가 모두 생분해 성 및 바이오 기반이 아닌 경우, 이것은 전세계 이산화탄소 배출량의 약 2.8 % 인 이산화탄소 (CO2)의 기가 톤 (gigaton)과 같습니다. 최근의 보고서에서 기후 변화에 관한 정부 간 패널은 기후 변화를 완화하기위한 핵심 전략으로 탄소를 포착, 저장 및 재사용하는 방법에 대해 설명했습니다. 바이오 기반 폴리머는 지구 온난화를 섭씨 1.5도로 제한하는 데 필요한 이산화탄소 제거의 20 %까지 중요한 기여를 할 수 있습니다.

비 분해성 바이오 폴리머 시장

토양에 더 많은 탄소를 저장하는 CO₂ 배출 지하 또는 재생 농업을 펌핑하는 지층 저장을 포함하는 현재의 탄소 격리 전략은 원하는 결과를 이끌어내는 정책에 크게 의존한다.

이것이 기후 변화 완화의 중요한 메커니즘이지만, 바이오 폴리머 형태의 탄소 격리는 다른 운전자, 즉 돈을 활용할 잠재력을 가지고 있습니다.

가격만으로 이루어진 경쟁은 바이오 폴리머 분야에서 어려움을 겪었으나 초기 성공 사례는 침투력이 커지는 경로를 보여줍니다. 한 가지 흥미 진진한면은 현재 석유 유래 고분자에서 발견되지 않은 새로운 화학 물질에 접근 할 수있는 능력입니다.

재활용 가능성을 고려하십시오. 전통적인 폴리머는 실제로 재활용 할 수 없습니다. 이러한 재료는 실제로 다운 사이클링되는 경우가 대부분이며, 이는 건축 자재와 같은 가치가 낮은 분야에만 적합하다는 의미입니다. 그러나 유전 공학 및 효소 공학의 도구 덕분에 동일한 응용 분야에서 반복적으로 사용할 수있는 완전한 재활용 가능성과 같은 특성을 처음부터 바이오 중합체로 설계 할 수 있습니다.

바이오 폴리머는 오늘날 락토 바실러스 (Lactobacillus)의 젖산 생산과 같은 특정 박테리아의 천연 발효 산물을 기반으로합니다. 이는 사워 맥주에서 타르트를 제공하는 동일한 제품입니다. 이러한 것들이 좋은 첫 걸음을 내딛는 반면, 신흥 연구에 따르면 바이오 폴리머의 진정한 다양성은 앞으로 다가올 수있게 될 것이라고합니다. 단백질을 엔지니어링하고 DNA를 수정하는 현대적인 능력 덕분에 바이오 폴리머 전구체의 맞춤 설계가 이제 도달했습니다. 이를 통해 오늘날의 이산화탄소가보다 유용하고 가치있는 형태로 존재할 수있는 새로운 폴리머의 세계가 가능해질 것입니다.

이 꿈이 현실화되기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 부분적으로 바이오 기반의 코카콜라 플랜트 보틀 (PlantBottle)과 같은 초기 사례가 오늘날 여기에 있지만, 가장 유망한 많은 새로운 바이오 폴리머를 얻는 데 필요한 생체 공학은 연구 단계에 있습니다. 탄소 섬유를 대체 할 수있는 재생 가능 물질 자전거에서부터 풍력 터빈 블레이드에 이르기까지 모든 분야에서

탄소 격리를 지원하는 정부 정책 또한 입양을 촉진하는 데 도움이됩니다. 이러한 종류의 지원으로 향후 5 년 후 곧바로 탄소 저장으로 바이오 폴리머를 상당 부분 사용하는 것이 가능합니다. 기후 위기 해결에 크게 기여할 수있는 가능성이있는 일정표입니다.

이 기사는 Joseph Rollin과 Jenna E. Gallegos의 The Conversation에 처음 게시되었습니다. 여기에 원본 기사를 읽으십시오.