Sebagai polimer berbasis minyak bumi busuk lautan kita dan sampah kehidupan kita, peneliti mencari lebih ramah lingkungan cara untuk memenuhi permintaan untuk tahan lama, bahan serbaguna. Flickr: Foto oleh Bo Eide (Flickr / Creative Commons)
29 Juli, 2015 - Nasib samudra di dunia mungkin terletak di dalam tangki stainless steel tidak seukuran tong bir kecil. Di dalam, bakteri hasil rekayasa genetika mengubah sirup jagung menjadi massa polimer yang berputar yang dapat digunakan untuk menghasilkan berbagai macam plastik biasa.
"Ini seperti membuat yogurt," kata Oliver Peoples, chief scientific officer Metabolix, Inc.
Perusahaan yang berbasis di Massachusetts Cambridge, di mana bioplastik terbentuk di ruang fermentasi skala laboratorium adalah salah satu dari meningkatnya jumlah usaha dan lembaga bekerja untuk mengembangkan, lebih ramah lingkungan pengganti biaya-kompetitif untuk plastik konvensional, yang dibuat dari bahan bakar fosil, gagal membusuk dan yang beralih lautan kita menjadi lautan mengambang plastik.
"Kami telah melihat peningkatan produksi yang besar ini dalam plastik yang juga menghasilkan peningkatan aliran limbah," kata Jenna Jambeck, anggota fakultas teknik lingkungan di University of Georgia. "Tidak seperti bahan yang biodegrades, plastik memiliki semua masalah ini. Dengan mudah berpindah ke saluran air, secara fisik fragmen menjadi potongan-potongan kecil yang sangat sulit atau tidak mungkin dikumpulkan, dan [ia cenderung] menyerap kontaminan kimiawi yang sudah ada di lingkungan. "
Beberapa 4.8 juta menjadi 12.7 juta metrik ton (5.3 juta sampai 14 juta ton) dari plastik, atau sampai 4 persen dari sekitar 300 juta metrik ton (330 juta ton) plastik yang diproduksi setiap tahun, memasuki laut sebagai sampah di 2010. Angka tersebut diperkirakan akan meningkatkan 10-lipat dalam dekade berikutnya karena lebih banyak plastik diproduksi dan kemudian menghindari usaha pengelolaan limbah dan daur ulang, menurut sebuah studi yang dilakukan Jambeck dan rekan-rekannya. diterbitkan awal tahun ini dalam jurnal Ilmu.
Apa efek semua plastik ini terhadap makhluk hidup, termasuk manusia, masih belum jelas. Sejumlah penelitian terbaru menunjukkan bahwa bahan kimia dalam potongan kecil plastik, dan bahkan potongan plastik itu sendiri, dapat terakumulasi pada burung, ikan dan kehidupan laut lainnya. Pengujian laboratorium telah menunjukkan bahwa bahan kimia yang terkandung di dalamnya dapat menyebabkan efek kesehatan yang merugikan, termasuk kerusakan hati dan gangguan endokrin melalui ekspresi gen yang berubah. Apakah efek serupa terjadi di luar laboratorium atau apakah mereka memperpanjang rantai makanan kepada orang-orang yang makan organisme laut tetap tidak diketahui, namun keduanya tampaknya benar-benar masuk akal.
Dan itu tidak semua. Plastik terkenal di departemen gas rumah kaca juga. Kira-kira 8 persen dari minyak bumi yang digunakan di seluruh dunia setiap tahun pergi untuk membuat plastik langsung atau untuk menyalakan proses manufaktur plastik, menurut sebuah laporan terbaru oleh Worldwatch Institute.
"Meskipun orang merasa ingin menggunakan plastik lebih sedikit daripada lebih, faktanya adalah bahwa plastik adalah bahan modern yang membuat mobil lebih ringan, memurnikan air dan menambah manfaat luar biasa untuk aplikasi kesehatan dan keamanan." - Marc HillmyerMengapa tidak hanya mengurangi penggunaan kita? Untuk satu hal, plastik sangat serbaguna, memenuhi spektrum kebutuhan untuk fleksibilitas, biaya dan parameter lainnya sehingga bahan pengganti sulit ditangani. Tidak hanya itu, namun bahan pengganti menghadirkan dampak lingkungan, sosial dan kesehatan mereka sendiri yang merugikan.
"Meskipun orang merasa seperti mereka ingin menggunakan plastik kurang daripada lebih, fakta dari masalah ini adalah bahwa plastik adalah bahan modern yang membuat mobil lebih ringan, memurnikan air dan tambahkan manfaat yang luar biasa untuk aplikasi kesehatan dan keamanan," kata Marc Hillmyer, direktur Pusat Polimer Berkelanjutan di University of Minnesota di Minneapolis.
Dengan kata lain, ada alasan kuat untuk mengejar alternatif yang lebih berkelanjutan untuk plastik konvensional - yaitu, plastik berbasis nabati. Bioplastik yang disebut seperti itu bisa terdegradasi, secara dramatis mengurangi risiko bahwa mereka akan berakhir dengan mencemari tanah atau laut. Mereka juga menurunkan ketergantungan kita pada bahan bakar fosil, mengurangi jejak karbon plastik. Emisi gas rumah kaca yang terkait dengan bioplastik adalah 26 persen lebih rendah daripada yang terkait dengan plastik konvensional, menurut sebuah analisis siklus hidup baru-baru ini berbasis jagung dan plastik berbasis minyak bumi oleh para peneliti di Michigan State University.
muncul Alternatif
Dengan mencari alternatif non-petroleum dan decomposable untuk plastik saat ini, bagaimanapun, tidaklah mudah. Plastik yang terbuat dari jagung, tebu atau bahan nabati lainnya belum tentu terdegradasi, dan terjadi degradasi bila Anda menginginkannya bisa sulit.
"Anda tidak ingin kantong plastik Anda untuk menurunkan saat Anda menggunakannya," kata Hillmyer. "Di sisi lain Anda ingin menurunkan cepat ketika dimasukkan ke dalam lingkungan lain."
Sementara ahli kimia telah mengalami kesulitan merumuskan plastik berbasis minyak bumi sehingga mereka dapat menurunkan, sejumlah berbasis bio, alternatif degradeable muncul.
Terlepas dari ini dan keberhasilan baru-baru ini, bioplastik tetap menjadi bagian kecil dari industri secara keseluruhan. Natureworks, sebuah perusahaan yang berbasis di Minnetonka, Minnesota, adalah salah satu produsen bioplastik terkemuka di dunia. Perusahaan membuat asam polylactic, atau PLA, plastik biodegradable yang bersumber dari tepung jagung dan membuatnya menjadi berbagai macam produk konsumen - termasuk sendok garpu, gelas, dan kemasan sekali pakai - yang terurai di akhir masa pakainya. Fasilitas produksi awal perusahaan di Blair, Nebraska, mulai beroperasi pada tahun 2002 dan dapat memproduksi 140,000 metrik ton (150,000 ton) PLA per tahun. Perusahaan baru-baru ini mengumumkan rencana untuk membuka pabrik kedua di Asia Tenggara yang akan menggunakan tebu sebagai bahan bakunya.
produsen terkemuka lain dari bioplastik adalah Coca-Cola Company, yang dalam 2009 meluncurkan PlantBottle, botol minuman yang terbuat dari polyethylene terephthalate -PET - yang berisi hingga bahan biobased 30 persen. Botol tidak terdegradasi namun, tidak seperti kebanyakan plastik biobased, dapat didaur ulang bersama dengan PET konvensional, plastik yang umum daur ulang. Sejak 2009 perusahaan telah menghasilkan 35 miliar dari PlantBottles aslinya. Pada bulan Juni 2015 perusahaan meluncurkan versi baru yang 100 persen biobased.
Meskipun ini dan keberhasilan baru-baru ini lainnya, bioplastik tetap merupakan bagian kecil dari industri secara keseluruhan. Bahan ini sangat sesuai untuk produk penggunaan tunggal seperti sendok dan botol dimana konsumen bersedia membayar premi untuk produk yang lebih berkelanjutan. Daya tahan tinggi, aplikasi yang kurang terlihat - misalnya, pipa air yang terbuat dari PVC yang biasa digunakan di pipa perumahan dan komersial - masih seluruhnya terbuat dari plastik konvensional. Secara total, kurang dari 0.5 persen dari semua plastik berasal dari sumber non-minyak bumi, menurut Society of the Plastics Industry, sebuah kelompok perdagangan industri yang berbasis di Washington, DC
peraturan pemerintah, bagaimanapun, yang mengarah ke peningkatan penggunaan bioplastik. Di 2014 Illinois microbeads dilarang, abrasive plastik kecil yang biasa digunakan dalam scrub wajah, sampo dan pasta gigi, karena kekhawatiran tentang kerusakan lingkungan di Great Lakes. Kurang dari satu milimeter diameter, microbeads terlalu kecil untuk disaring oleh sistem pengolahan limbah dan telah ditemukan di air tawar dan lingkungan laut.
barang konsumsi yang dapat dibuat dari biodegradable PHA meliputi tas, peralatan dan jaket kabel listrik. Foto milik Metabolix.
Dengan larangan federal pada microbeads yang diharapkan, Metabolix bermitra dengan Honeywell pada bulan Maret untuk menghasilkan alternatif biodegradable untuk microbeads Mikroba yang dikembangkan kedua perusahaan tersebut terbuat dari Polyhydroxyalkanoates, atau PHA, plastik berbasis bio yang lebih mahal namun juga lebih serbaguna daripada PLA. Mikroba yang dikembangkan kedua perusahaan itu dibuat dengan cara memecah tepung maizena, meski bisa juga dibuat dari tanaman non-pangan seperti switchgrass. Mikroba mikro PHA akan menurunkan karbon dioksida dan air dalam hitungan bulan pada tingkat yang sama dengan selulosa atau kertas, kata Peoples.
Sekitar Sisi Bawah
Seperti kita meningkatkan ketergantungan kita pada plastik bersumber dari tanaman seperti jagung atau tebu, kita tidak sengaja bisa memperkenalkan masalah lingkungan baru. Sebuah penelitian terbaru di jurnal Produksi Bersih bioplastik mencatat berkembang dari bahan baku pertanian menggunakan sejumlah besar air, pestisida dan pupuk yang dapat menyebabkan polusi udara dan air dan bersaing memperebutkan lahan dengan tanaman yang ditanam untuk makanan.
Salah satu cara yang mungkin untuk berkeliling sisi bawah dari plastik nabati sementara masih mengurangi ketergantungan pada minyak bumi adalah dengan menggunakan CO2 sebagai bahan baku sebagai gantinya. Novomer, sebuah perusahaan berputar keluar dari penelitian di Cornell University di Ithaca, New York, yang mengubah limbah CO2 dari pabrik produksi etanol menjadi plastik. Perusahaan membuat poliol - polimer yang digunakan untuk membuat busa fleksibel yang ditemukan di kasur, bantalan kursi dan insulasi, serta berbagai lapisan dan sealant khusus.
“Jika kasur Anda dibuat dengan bahan kami, itu kira-kira 22 persen berat karbon dioksida,” kata Peter Shepard, wakil presiden eksekutif polimer Novomer. "Dibutuhkan gas rumah kaca yang merupakan bahan buangan dan mengubahnya menjadi produk yang berharga. "
biasanya CO2 terlalu inert untuk bereaksi dengan senyawa lain, membuat penggunaannya dalam plastik atau aplikasi lain yang sulit. Geoffrey Coates, seorang profesor kimia di Cornell University di Ithaca dan co-founder dari Novomer, mengembangkan katalis yang meningkatkan reaktivitas CO2 sambil secara bersamaan memperlambat reaktivitas bahan poliol kunci lainnya - sehingga memudahkan untuk menggabungkan CO2 ke dalam polimer yang dihasilkan.
"Ini seperti jika Anda memiliki anak dan Anda memberi mereka pizza dan brokoli dan Anda memberi tahu mereka setiap Anda menggigit pizza Anda harus menggigit brokoli," kata Coates, yang juga anggota Center of Sustainable Polymers .
Tantangan terbesar untuk bioplastik adalah bahwa mereka bersaing plastik konvensional, bahan sangat murah yang telah diasah untuk 60 tahun terakhir, Scheer says.The poliol yang dibuat oleh Novomer yang terdegradasi namun kehilangan penguraian mereka bila dikombinasikan dengan bahan kimia berbasis minyak bumi untuk membuat busa.
Meskipun perusahaan saat ini difokuskan pada pembuatan busa dan sealant, Shepard kata Novomer CO2Basis polimer dapat digunakan untuk membuat plastik yang dapat terdegradasi dengan CO2 isi setinggi 50 persen.
Tantangan terbesar
Meskipun pertumbuhan yang kuat dalam beberapa tahun terakhir, ada yang mengatakan bioplastik tidak hidup sampai potensi mereka.
"Industri bioplastik belum mampu menciptakan polimer yang cukup menarik dari segi harga dan dalam hal sifat yang akan membuat dunia mau berubah," kata Frederick Scheer, mantan CEO Cereplast, sebuah perusahaan bioplastik sekali-terkemuka bahwa kebangkrutan dideklarasikan di 2014.
Tantangan terbesar untuk bioplastik adalah bahwa mereka bersaing melawan plastik konvensional, bahan-bahan yang sangat murah yang telah diasah selama bertahun-tahun 60 yang lalu, Scheer mengatakan.
"Orang-orang agak sadar akan dampak lingkungan dari bahan berbasis minyak yang tidak akan terurai, tapi mereka tidak mau mengeluarkan uang ekstra untuk mendorong jenis bahan baru."
Persaingan dengan plastik berbasis minyak bumi hanya meningkat selama tahun lalu karena harga minyak turun menjadi dua. "Agar bisa bersaing dengan bahan berbasis minyak tradisional, kami membutuhkan harga minyak untuk berada di sekitar $ 130, $ 140 per barel," kata Scheer. "Jelas, pada $ 50 per barel kita jauh dari mampu bersaing."
Scheer mengatakan kapasitas untuk membuat semua plastik dunia dari sumber non-minyak bumi ada, namun untuk melakukannya akan memerlukan dukungan pemerintah yang signifikan. "Ini harus didorong oleh peraturan yang akan memaksa biaya plastik dan biaya minyak menjadi jauh lebih tinggi daripada saat ini," katanya.
Pesaing Polyethylene?
Jika plastik berkelanjutan yang mengurangi ketergantungan kita pada bahan bakar fosil dan menurunkan pada akhir masa pakainya, akan menjadi mainstream, mereka harus dapat sub di tidak hanya untuk microbeads, busa dan aplikasi khusus lainnya, tetapi juga untuk termoplastik - rendah -bentuknya, polimer berbentuk bentuk yang terdiri lebih dari 80 persen dari ratusan juta ton plastik yang diproduksi setiap tahunnya.
Coates sekarang mengerjakan biopolimer baru dengan sifat yang sebanding atau mungkin lebih baik dari polietilen, termoplastik yang paling banyak digunakan untuk membuat segala sesuatu mulai dari kantong sampah hingga botol air hingga mainan plastik.
Bahkan lapisan tipis polietilen sangat kuat, misalnya membuat amplop surat yang hampir tidak mungkin dibuka tanpa gunting atau kendi susu yang tidak pecah saat jatuh di lantai. "Sebagian besar karena ini adalah bahan semikristalin," kata Coates. "Rantai [polimer] saling berdampingan satu sama lain dalam mode yang sangat ketat dan spesifik yang secara keseluruhan, memberikan sifat yang cukup mengesankan."
Di sebuah Penelitian 2014 diterbitkan dalam Journal of American Chemical Society, Coates dan rekannya di Cornell menggambarkan material baru dengan struktur semicrystalline yang terbuat dari bahan baku gula dan memiliki sifat yang mirip dengan polietilena, namun lebih mampu membusuk pada akhir masa pakainya.
"Itu tidak terjadi dalam semalam, tapi saya pikir ada indikasi positif tertentu bahwa itu bisa menjadi pesaing nyata untuk plastik seperti polyethylene," kata Hillmyer.
Bahan baru, yang dikenal sebagai poli (polipropilena suksinat), belum diuji untuk melihat seberapa cepatnya akan terurai di tempat pembuangan atau lingkungan laut. Namun berdasarkan komposisinya, Coates mengatakan, seharusnya mulai terdegradasi dalam air setelah beberapa bulan, jangka waktu yang akan melebihi masa manfaat sebagian besar produk penggunaan tunggal. Poli (polipropilena suksinat) dipecah menjadi propilen glikol dan asam suksinat, bahan tidak beracun yang selanjutnya dikurangi menjadi CO2 dan air saat dicerna oleh mikroba.
"Jika Anda harus makan produk degradasi polimer, ini akan menjadi yang Anda inginkan," kata Coates.
Ini tidak mungkin bahwa poli (polypropylene suksinat) pernah akan biaya kurang pada pound-for-pound dasar dari polietilen konvensional, tetapi struktur kristal yang unik menunjukkan itu bisa melakukan lebih baik daripada rekan BBM. Jika demikian, produsen bioplastik mungkin suatu hari nanti bisa bersaing dengan industri plastik saat ini dengan membuat hal-hal seperti botol susu dengan bahan signifikan kurang dari plastik berbasis minyak bumi.
Uphill Battle
Singkat menyapu peraturan pemerintah yang menempatkan harga pada karbon atau mengharuskan semua plastik untuk terurai, bioplastik akan harus menemukan cara untuk outcompete plastik konvensional jika mereka pernah akan mengisi lebih dari aplikasi niche.
Ini adalah perjuangan yang berat - tapi satu yang produk sekali-ceruk lain, panel surya, semakin kemenangan.
Di 2007 tenaga surya terdiri kurang dari 0.1 persen pembangkit listrik AS. Berkat kecerdikan dan inovasi, harga modul fotovoltaik turun dari US $ 4 per watt menjadi US $ 0.50 per watt, menjadikan solar sebagai sumber energi tercepat di negara ini.
Mungkin mereka yang bekerja pada bioplastik melihat perubahan laut yang sama? Pada akhirnya, banyak kemungkinan akan naik tidak hanya pada seberapa baik produk mereka memecah, tapi pada berapa banyak mereka dapat memecah keunggulan kompetitif plastik konvensional.
Tentang Penulis
Phil McKenna adalah seorang penulis lepas yang tertarik pada konvergensi individu yang menarik dan gagasan yang menarik. Dia terutama menulis tentang energi dan lingkungan dengan fokus pada individu di balik berita tersebut. Karyanya muncul di Grafik New York Times, Smithsonian, WIRED, Audubon, New Scientist, Technology Review, MATTER dan NOVA, di mana dia adalah editor yang berkontribusi.
Artikel ini awalnya muncul di Ensia
Buku terkait:
at
Terimakasih telah berkunjung InnerSelf.com, dimana ada 20,000 + artikel yang mengubah hidup yang mempromosikan "Sikap Baru dan Kemungkinan Baru". Semua artikel diterjemahkan ke dalam 30+ bahasa. Berlangganan ke Majalah InnerSelf, diterbitkan mingguan, dan Inspirasi Harian Marie T Russell. Innerself Majalah telah diterbitkan sejak tahun 1985.
Terimakasih telah berkunjung InnerSelf.com, dimana ada 20,000 + artikel yang mengubah hidup yang mempromosikan "Sikap Baru dan Kemungkinan Baru". Semua artikel diterjemahkan ke dalam 30+ bahasa. Berlangganan ke Majalah InnerSelf, diterbitkan mingguan, dan Inspirasi Harian Marie T Russell. Innerself Majalah telah diterbitkan sejak tahun 1985.
