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Jacqueline Conciatore ist ein Wissenschaftsjournalist für die U.S. National Science Foundation. Trug sie diesen Artikel, um Live Science Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Es ist nicht mehr üblich, zu hören, "Papier oder Plastik?" im Supermarkt. In vielen Jurisdiktionen ist die Kunststoff-Option gebremst. Hunderte von lokalen Regierungen in aller Welt – sogar ganze Länder wie China und Indien – zu verbieten oder leichte, Einweg-Plastiktüten zu besteuern.

Jedes Jahr in den Vereinigten Staaten erlassen mehr Regierungen solche Einschränkungen, die eine größere Verschiebung weg von Erdöl basierenden Kunststoff gehören. Da die Menschen mehr Wert auf zusammengeschneidert für Deponien (oder noch schlimmer, für das offene Meer) bestimmt sind und die Probleme im Zusammenhang mit fossilen Brennstoffen werden, Unternehmen aller Größen suchen über "traditionelle" Erdöl-basierten Kunststoffen zu Alternativen aus Pflanzen gewonnen oder sogar von Mikroorganismen synthetisiert.

Die Biokunststoff-revolution

Biokunststoffe werden ganz oder teilweise aus erneuerbarer Biomasse-Quellen wie Zuckerrohr und Mais oder aus dem Digest von Mikroben wie Hefe hergestellt. Einige Biokunststoffe sind biologisch abbaubar oder sogar kompostierbar, unter den richtigen Bedingungen. [Bürger Wissenschaft zielt darauf ab, Pacific Kunststoffe bereinigen]

Diese neue, umweltfreundlichere Kunststoffe sind in allen möglichen Orten aus Teebeutel, 3D Druckmedien zu medizinischen Implantaten auftauchen.

In Finnland können beispielsweise Verbraucher jetzt kaufen Milch in Kartons, gemacht von Tetra Pak, die 100 Prozent pflanzlich sind. In den Vereinigten Staaten, eine kleine Firma namens Iris Industrien Kickstarter verwendet, um mit "Denimite," Gang gemacht eine marmorierte blau Komposit aus recyceltem Denim und Duroplast Harz Bindemittel, die teilweise biobasierten ist. Und NSF-finanzierten Ecovative macht eine Verpackungsmaterial namens Myco-Schaum, der entworfen ist, um Polystyrol Verpackung, dass Fluch der umweltbewusste Verbraucher, die dennoch zum Mitnehmen Mahlzeiten kaufen zu ersetzen.

Bio-basierte Kunststoffe sind auf dem Vormarsch. Die blühende europäische Markt für Biokunststoffe wächst um mehr als 20 Prozent pro Jahr. Die weltweite Nachfrage wird voraussichtlich um 19 Prozent jährlich bis zum Jahr 2017 steigen nach Marktforschungsgruppe Freedonia. Globalen Produktionskapazitäten sind soll steigen um 400 Prozent bis 2018 mit den meisten Biokunststoffe produziert in Asien, nach European Bioplastics (EUBP), eine Vereinigung, die die Interessen der Branche in Europa darstellt.

Verpackung war und noch ist, eine der häufigsten Ursachen für Biokunststoffe verwendet, aber gibt es Wachstum in anderen Bereichen, wie z. B. Textilien und automotive-Anwendungen.

"Von den funktionalen Sport Kleidern mit verbesserter Atmungsaktivität, Kraftstoffleitungen, Biokunststoffe ständig in neue Märkte, verbreiten", sagte EUBP Vorsitzender François de Bie.

Sogar der Sportwagen Markt schätzt Biokunststoffe. Mazda angekündigt Ende letzten Jahres, dass es einen neuen Biokunststoff im Innenraum benutzen würde (und schließlich auch außen) von seiner MX5 Miata. Die Firma sagt in einer Pressemitteilung Dezember 2014 der pflanzlichen Kunststoff, die, den es mit Mitsubishi Chemical Corp. entwickelt, kann gefärbt werden und hat eine höhere Qualität, weniger toxisch Oberfläche als traditionelle lackierten Oberflächen.

Ebenso sagte der Ford Motor Co. im Juli letzten Jahres, dass es funktionieren wird mit Heinz Kunststoff aus übrig gebliebenen Tomaten Häute, für den Einsatz im Auto Verdrahtung Klammern und Lagerplätze zu machen.

Entstehung von Kunststoffen

All diese Aktivitäten ist spannend, aber die meisten der heutigen Kunststoff kommt noch aus einer nicht erneuerbare Ressource: Erdöllagerstätten in der Erde. Das Öl ist extrahiert und an eine Raffinerie destilliert werden und ergeben ein Zwischenprodukt Naphtha genannt. Intensive Wärme hilft "Naphta in kleineren Kohlenwasserstoffmoleküle wie Ethylen und Propylen zu knacken". Diese Chemikalien sind kombiniert mit einem Katalysator und polymerisiert Ketten Formen aus vielen verknüpften Molekülen – die Materialien, die wir wissen, wie Kunststoffe.

Verschiedene Arten von Kunststoff haben unterschiedlichen Polymer-Strukturen und unterschiedliche Eigenschaften (Zähigkeit, Steifigkeit, Festigkeit, Transparenz usw.). Hersteller kaufen dann diese Masse Polymer Pellets, Granulat oder Flüssigkeiten für die Erstellung von Kunststoff in verschiedenen Formen unter Verwendung Prozesse wie Extrusion oder Injection Molding.

Die Push-to-alternative, mehr erneuerbare feed Aktien verwenden beruht auf zunehmenden Besorgnis über die Auswirkungen der Petrochemie auf Gesundheit und Umwelt sowie das Misstrauen, dass Menschen fühlen sich über unter Berufung auf endlichen fossilen Ressourcen. Viele erdölbasierte Kunststoffe nicht brechen für Hunderte oder sogar Tausende von Jahren — die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bande, die die Polymere zu bilden sind so langlebig. Nach der US Environmental Protection Agency (EPA), im Jahr 2012 den USA erzeugt fast 32 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle, aber nur 9 Prozent davon war wieder für das recycling, verlassen rund 29 Millionen Tonnen. Der Rest landet auf Deponien als Boden Streu oder auf dem Meer.

Darüber hinaus Petro-basierten Kunststoffen zu gesundheitlichen Bedenken wie endokrinen Störungen in Verbindung gebracht worden, und Studien zeigen, dass einige potenziell schädlichen Kunststoff Chemikalien im menschlichen Körper anreichern.

Bepflanzung der Folgefrucht Kunststoff

Einige Regierungen fördern um Lösungen anspornen, globale und nationale Bio-basierten Wirtschaft oder sogenannte Bioeconomies. Im Jahr 2012 veröffentlicht die Obama-Administration eine nationale Bioökonomie Blaupause, die verstärkte Forschung und Entwicklung, Technologietransfer, Ausbildung und andere Schritte der Nation Bioökonomie fahren fordert. Unternehmen sind daran interessiert, dass folgen – in der Tat können sie tatsächlich vor der Verbraucher, von denen einige nicht bereit, eine Prämie für grünere Kunststoffe zu zahlen sein. [Schmieden biologisch abbaubarer Kunststoff aus Methan und pflanzlicher Abfälle]

"Die Verbraucher wollen diese Materialien und nachhaltiger werden soll", sagte Marc Hillmyer, Direktor des Center der University of Minnesota für nachhaltige Polymers(CSP). "Aber sie werden in der Regel nicht zu einem Preis zu tun." Was wir aus der Industrie zu hören ist, "Ja, natürlich müssen wir Unternehmen, die auf petrochemische feed Aktien bauen, und wir wollen natürlich in diesen Unternehmen profitabel sein. Aber wir wollen auch in Zukunft Teil sein", fügte Hillmyer.

Fast drei Dutzend Unternehmen verbundenen Unternehmen Unterstützung der CSP Werk, einschließlich 3 M, Ashland, BASF, Coca-Cola, General Mills, Henkel, Kimberly-Clark, Natureworks und Schlumberger, die bilden das Zentrum des Industrial Advisory Board.

Coca-Cola wurde einer der führenden big Business in Biokunststoffe Entwicklung mit einer recycelbaren "PlantBottle", die teilweise aus PET (Polyethylenterephthalat) abgeleitet aus Zuckerrohr hergestellt wird. PlantBottle Verpackung entfallen 30 Prozent der Verpackung des Unternehmens in Nordamerika und 7 Prozent weltweit, "making Cola der Welt größte Biokunststoffe Endbenutzer," das Unternehmen hat gesagt. Das Unternehmen hat auch gesagt, er will seine Flaschen zu 100 Prozent aus pflanzlichen Kunststoff bis zum Jahr 2020.

Alternative Kunststoffe werden auch auf Nischenprodukte. Zum Beispiel letztes Jahr Weinkorken Hersteller Nomacorc veröffentlicht einen recycelbaren Korken aus nachwachsenden pflanzlichen Polyethylen gefertigt, und eine finnischen Firma namens Ahlstrom verkauft, die Teebeutel aus Polymilchsäure (PLA), die Ressourcen wie Maisstärke und Zuckerrohr abgeleitet ist, und ist eines der am häufigsten verwendeten Biokunststoffe.

Die Kosten für Grün

Forscher arbeiten mit Unternehmen stehen vor der Herausforderung, ein Material zu machen, die nicht nur biologisch abbaubar und ungiftig, aber auch wirtschaftlich sein wird.

"Viele Menschen, einschließlich uns, sind sehr gut darin, teure Polymere, die uns Grundlagenforschung fördern helfen, aber nicht allzu wirtschaftlich vertretbar ist," sagte Hillmyer. "Und so, was wir wirklich versuchen, in der Mitte wieder mit industriellen Eingabe zu betonen ist wie wir es wirtschaftlich tun?"

Hillmyer und seine Kollegen hatten bisher einige Erfolgsgeschichten:

• Das Center entwickelt einen biologisch abbaubaren Kleber, hergestellt aus PLA und eine Menthol-basierte Polymer, das könnte eines Tages machen-Haftnotiz recycling effizienter und umweltfreundlicher. (Die meisten Haftnotizen sind Erdöl-basierten und neigen dazu, Kaugummi, recycling-Anlagen.)
• Das Zentrum ist einen Weg, um Zusatzstoffe zur Verbesserung der Zähigkeit des PLA um einen Faktor von mehr als 10 identifiziert.
• Sie haben eine neue Hochleistungs-Bio-basierte Elastomer (ein elastisches Polymer, ähnlich wie Kautschuk) entdeckt, die eine wirtschaftliche, Ersatz für aktuelle erdölbasierte Materialien sein könnte.

Es gibt viele andere Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Materials und bekommen sie aus dem Labor auf den Markt.

"Unsere Studenten, Doktoranden und Postdocs regelmäßig aus der Industrie über die Herausforderungen, dass [Unternehmen] Gesicht höre beim Versuch, ein neues Material in den Markt einzuführen", sagte CSP-Geschäftsführer Laura Seifert. "Kann es zu einem industriellen Prozess auf eine wirtschaftlich tragfähige Weise werden skaliert? Kann das Material in die bestehende Infrastruktur werden verwendet, oder müssen wir eine völlig neue Anlage zu bauen, um diese neue Technologie zu eigen? Und am Ende des Lebens... es wird mehr Schaden als nützen, das in unser Recyclingkreislauf einzuführen?"

"Das sind schwierige Probleme", sagte Hillmyer. "Wenn es einfach wäre, jemand würde es getan haben."

Während die Polymer-Industrie wird nicht über Nacht, auf lange Sicht zu verlagern ist Veränderung unvermeidlich, fügte er hinzu. "Die Doktoranden und Postdocs und Studenten... in der Mitte, sie sind getrieben von diesen Grundsätzen. Also haben wir keine harte Zeit, die sie davon überzeugen, dass dies etwas ist, was sie tun sollten. Sie sind aufgewachsen in dieser Welt [Fragen], 'Wie wir unsere Welt nachhaltiger machen?' "

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