Com’era verde sono verdi plastiche scientifico …

Com'era verde sono verdi plastiche scientifico ...

Com’era verde sono verdi plastiche?

Scientific American Aug00

Ora è tecnologicamente possibile per rendere la plastica utilizzando piante verdi piuttosto che i combustibili fossili. Ma sono queste nuove plastiche salvatori ambientali ricercatori hanno sperato?

Guidare una strada sterrata polverosa nel centro di Iowa, un contadino guarda verso l’orizzonte in filari di alte piante di mais a foglia frementi al vento, per quanto l’occhio può vedere. Il contadino sorride a se stesso, perché sa qualcosa circa il suo raccolto che poche persone si rendono conto. Non solo i chicchi di mais che crescono nelle orecchie, ma granuli di plastica spuntano nei gambi e foglie.

Questa idilliaca nozione di plastica in crescita, realizzabile in un futuro prevedibile, sembra molto più attraente di produzione di plastica in fabbriche petrolchimiche, che consumano circa 270 milioni di tonnellate di petrolio e di gas ogni anno in tutto il mondo. I combustibili fossili forniscono sia la potenza e le materie prime che trasformano petrolio greggio in comune di plastica come polistirene, polietilene e polipropilene. Da brocche di latte e bottiglie di soda di abiti e parti di automobili, è difficile immaginare la vita di tutti i giorni senza la plastica, ma la sostenibilità della loro produzione è stata sempre più messa in discussione. riserve mondiali conosciute di petrolio sono attesi per funzionare a secco in circa 80 anni, il gas naturale in 70 anni e il carbone a 700 anni, ma l’impatto economico del loro esaurimento potrebbero colpire molto prima. Mentre le risorse diminuiscono, i prezzi saliranno – una realtà che non è sfuggito all’attenzione dei responsabili politici. Il presidente Bill Clinton ha emesso un ordine esecutivo nell’agosto 1999 insistendo sul fatto che i ricercatori lavorano verso la sostituzione delle risorse fossili con materiale vegetale, sia come combustibile e come materia prima.

fabbricazione tradizionale di materie plastiche utilizza una sorprendentemente grande quantità di combustibile fossile. Automobili, camion, aerei e centrali elettriche rappresentano oltre il 90 per cento della produzione delle raffinerie di greggio, ma la plastica consumano la maggior parte del resto, circa 80 milioni di tonnellate l’anno negli Stati Uniti da solo. Fino ad oggi, gli sforzi delle industrie biotecnologiche e agricole per sostituire plastiche convenzionali con alternative di origine vegetale hanno abbracciato tre approcci principali: la conversione di zuccheri vegetali in plastica, produzione di plastica all’interno dei microrganismi, e in crescita in plastica di mais e altre colture.

Cargill, un gigante azienda agricola, e Dow Chemical, una società chimica superiore, hanno unito le forze tre anni fa per sviluppare il primo approccio, che trasforma lo zucchero da mais e altre piante in una chiamata polilattide plastica (PLA). Microrganismi trasformano lo zucchero in acido lattico, e un altro passo links chimicamente le molecole di acido lattico in catene di plastica con caratteristiche simili a tereftalato di polietilene (PET), una plastica petrolchimico usato in bottiglie di soda e fibre di abbigliamento.

Produttivi ed energetici RICHIESTE

Altre aziende, tra cui Imperial Chemical Industries, hanno sviluppato modi per produrre un secondo di plastica, chiamato Polyhydroxyalkanoato (PHA). Come PLA, PHA è fatto da zucchero pianta ed è biodegradabile. Nel caso di PHA, tuttavia, il batterio Ralstonia eutropha converte lo zucchero direttamente in plastica. PLA richiede una fase chimica fuori dell’organismo di sintetizzare la plastica, ma PHA accumula naturalmente entro i microbi come granuli che possono costituire fino al 90 per cento della massa una singola cellula.

In risposta alle crisi petrolifere degli anni 1970, Imperial Chemical Industries ha istituito un processo di fermentazione su scala industriale in cui i microrganismi attivamente convertiti zucchero vegetale in diverse tonnellate di PHA un anno. Altre aziende modellato la plastica in oggetti commerciali, come rasoi biodegradabili e bottiglie di shampoo e venduti nei mercati di nicchia, ma questa plastica si è rivelato un costo sostanzialmente più rispetto ai suoi omologhi di carburante a base fossile e offerto nessun vantaggio di prestazioni diverse da biodegradabilità. Monsanto ha acquistato il processo e brevetti associati nel 1995, ma la redditività è rimasta inafferrabile.

Molti gruppi aziendali e accademici, tra cui Monsanto, hanno dato canalizzato i loro sforzi per produrre PHA nel terzo approccio: cresce la plastica nelle piante. Modifica del corredo genetico di una coltura agricola in modo che potesse sintetizzare plastica come cresceva eliminerebbe la fermentazione del tutto. Invece di crescita della coltura, la raccolta che, elaborando le piante per produrre zucchero e fermentazione dello zucchero per convertirlo in plastica, si potrebbe produrre la plastica direttamente nell’impianto. Molti ricercatori hanno visto questo approccio come il più efficiente – soluzione per fare di plastica da una risorsa rinnovabile – e più elegante. Numerosi gruppi erano (e sono tuttora) all’inseguimento di questo obiettivo.

A metà degli anni 1980 uno di noi (Slater) faceva parte di un gruppo che isolato i geni che permettono ai batteri di rendere plastica. Gli investigatori predetto che inserendo questi enzimi in un impianto dovrebbe guidare la conversione del coenzima A – un composto che si forma naturalmente come la pianta converte la luce solare in energia – in un tipo di plastica. Nel 1992 una collaborazione di scienziati della Michigan State University e James Madison University prima compiuto questo compito. I ricercatori geneticamente la pianta Arabidopsis thaliana per la produzione di un tipo fragile di PHA. Due anni più tardi, la Monsanto ha iniziato a lavorare per produrre un PHA più flessibile all’interno di un impianto agricola comune: il mais.

Il problema: Energia ed emissioni

I ricercatori hanno fatto significativi progressi tecnologici verso l’aumento della quantità di plastica in pianta e modificando la composizione della plastica per dare proprietà utili. Anche se questi risultati sono incoraggianti se visti singolarmente, ottenendo sia una composizione utile e ad alto contenuto di plastica nella pianta risulta essere difficile. I cloroplasti delle foglie finora si sono dimostrato di essere la migliore posizione per la produzione di plastica. Ma il cloroplasto è l’organello verde che cattura la luce, e alte concentrazioni di plastica potrebbe quindi inibire la fotosintesi e ridurre le rese di grano.

Le sfide di separare la plastica dalla pianta, troppo, sono formidabili. I ricercatori della Monsanto visualizzate in origine l’impianto di estrazione in aggiunta ad una pianta di mais-trasformazione esistente. Ma quando hanno progettato una struttura teorica, hanno determinato che l’estrazione e la raccolta della plastica richiederebbe grandi quantità di solvente, che dovrebbero essere recuperati dopo l’uso. Questa infrastruttura lavorazione compete fabbriche plastica petrolchimico esistenti in grandezza e superato la dimensione del mulino originale.

Nel nostro studio più recente, ha completato la scorsa primavera, noi ei nostri colleghi hanno scoperto che facendo un chilogrammo di PHA da piante di mais geneticamente modificate richiederebbe circa 300 per cento in più di energia rispetto ai 29 megajoule necessari per la produzione di una pari quantità di polietilene combustibili a base fossile (PE). Per la nostra delusione, il vantaggio di utilizzare mais al posto del petrolio come materia prima non poteva compensare questo la domanda di energia notevolmente più elevata.

L’unico in plastica a base vegetale che è attualmente in fase commercializzato è PLA di Cargill Dow. Ad alimentare questo processo richiede 20 al 50 per cento in meno delle risorse fossili di quanto non faccia fare la plastica dal petrolio, ma è ancora significativamente più alta intensità energetica della maggior parte dei processi petrolchimici sono. I funzionari dell’azienda anticipare alla fine riducendo il fabbisogno energetico. Il processo deve ancora trarre profitto da decenni di lavoro che hanno beneficiato l’industria petrolchimica. Lo sviluppo di fonti vegetali di zucchero alternative che richiedono meno energia per processo, come il grano e barbabietole, è un modo per attenuare l’uso di combustibili fossili. . Nel frattempo, gli scienziati della Cargill Dow stima che il primo impianto di produzione di PLA, ora in costruzione a Blair, Nebraska si spendono al massimo 56 megajoule di energia per ogni chilogrammo di plastica – 50 per cento in più di quanto è necessario per il PET, ma il 40 per cento meno per il nylon, un altro dei concorrenti petrolchimici di PLA.

L’energia necessaria per la produzione di materie plastiche di origine vegetale dà luogo ad un secondo, forse ancora maggiore, preoccupazione ambientale. olio fossile è la risorsa primaria per la produzione di plastica convenzionale, ma facendo plastico di piante dipende principalmente carbone e gas naturale, che sono utilizzati per alimentare le industrie mais dell’allevamento e corn-elaborazione. Uno dei metodi vegetali, pertanto, comportano il passaggio da un combustibile meno abbondante (olio) ad uno più abbondanti (carbone). Alcuni esperti sostengono che questa opzione è un passo verso la sostenibilità. Missing in questa logica, tuttavia, è il fatto che tutti i combustibili fossili utilizzati per la plastica da materie prime rinnovabili (mais) devono essere bruciati per generare energia, mentre i processi petrolchimici incorporano una parte significativa della risorsa fossile nel prodotto finale.

Noi e gli altri ricercatori hanno ragionato che l’utilizzo di biomassa rinnovabile come fonte di energia primaria nel settore del grano di trasformazione sarebbe sganciare la produzione di materie plastiche provenienti da risorse fossili, ma un tale spostamento richiederebbe hurdling alcune barriere tecnologiche persistente e la costruzione di una serie completamente nuova infrastruttura di alimentazione generazione . La nostra prossima domanda era, "Sarà che mai accadere?" Infatti, i modelli di produzione di energia in stati di mais allevamento mostrano l’andamento esatto contrario. La maggior parte di questi stati ha attirato una quantità sproporzionata della loro energia elettrica dal carbone – 86 per cento in Iowa, per esempio, e il 98 per cento in Indiana – a fronte di una media nazionale di circa il 56 per cento nel 1998. (Altri stati derivano più del loro energia da fonti come il gas naturale, petrolio e generatori idroelettrici.)

Sia la Monsanto e Cargill Dow sono stati a guardare le strategie per ricavare energia da biomasse. Nella sua analisi teorica, Monsanto bruciato tutta la paglia del mais che rimane dopo l’estrazione della plastica per generare elettricità e vapore. In questo scenario, l’elettricità derivato da biomassa era più che sufficiente per estrazione di potenza PHA. L’energia in eccesso potrebbe essere esportato dalla struttura PHA-estrazione per sostituire alcuni dei combustibili fossili bruciati in una struttura vicina di energia elettrica, riducendo così le emissioni globali di gas serra, mentre la produzione di un materiale plastico prezioso.

Le scelte che noi come società sarà fare in ultima analisi, dipendono da come noi la priorità l’esaurimento delle risorse fossili, le emissioni di gas a effetto serra, uso del suolo, lo smaltimento dei rifiuti solidi e di redditività – che sono tutti soggetti alla loro propria interpretazione, circoscrizioni politiche e sistemi di valori. Indipendentemente dal metodo particolare rendendo plastiche, consumo energetico e le emissioni risultanti costituiscono l’impatto più significativo sull’ambiente.

Alla luce di questo fatto, proponiamo che ogni schema per la produzione di materie plastiche dovrebbe non solo ridurre le emissioni di gas ad effetto serra, ma deve anche andare un passo oltre che, per invertire il flusso di carbonio nell’atmosfera. Per raggiungere questo obiettivo sarà necessario trovare il modo di produrre plastica nondegradable da risorse che assorbono l’anidride carbonica dall’atmosfera, come le piante. La plastica potrebbe poi essere sepolto dopo l’uso, che sequestrano il carbonio nel terreno invece di tornare alla atmosfera. Alcune plastiche biodegradabili possono anche finire per sequestro di carbonio, perché le discariche, dove molti prodotti di plastica finiscono, di solito non hanno le condizioni adeguate per avviare un rapido degrado.

Alla fine, la riduzione dei livelli atmosferici di biossido di carbonio potrebbe essere troppo chiedere del settore delle materie plastiche. Ma un procedimento di fabbricazione, non solo quelli per la plastica, trarrebbe beneficio dall’uso di materie prime rinnovabili e delle energie rinnovabili. I cambiamenti significativi che sarebbero necessarie delle infrastrutture di energia elettrica al mondo a fare questo cambiamento potrebbe benissimo essere valsa la pena. Dopo tutto, l’energia rinnovabile è l’ingrediente essenziale in qualsiasi regime completo per la creazione di un’economia sostenibile, e come tale, rimane il maggiore ostacolo per la produzione veramente "verde" plastiche.

Poliidrossibutirrato, un Biodegradabile termoplastica, Produzioni in piante transgeniche. Y. Poirier, D. E. Dennis, K. Klomparins e C. Somerville su Science, vol. 256, pagine 520-622; Aprile 1992.

Può Biotecnologie mossa degli Stati Uniti verso una società sostenibile? Tillman U. Gerngross su Nature Biotechnology, vol. 17, pagine 541-544; Giugno 1999.

L’autore
TILLMAN U. Gerngross e Steven C. SLATER hanno ciascuna lavorato per otto anni nel settore industriale e del mondo accademico per sviluppare tecnologie per la produzione di materie plastiche biodegradabili. Entrambi i ricercatori hanno contribuito alla comprensione della enzimologia e genetica dei batteri che producono plastica. Negli ultimi due anni, hanno trasformato i loro interessi verso la più ampia questione di come la produzione di materie plastiche influenza l’ambiente. Gerngross è un assistente professore al Dartmouth College, e Slater è un ricercatore senior presso Cereon Genomics, una filiale della Monsanto, a Cambridge, Mass.

Per inviarci i vostri commenti, domande e suggerimenticlicca qui
L’home page di questo sito èwww.mindfully.org
Si prega di consultare il nostroFair Use Avviso

Related posts

  • Ortica del tè benefici per la salute, il tè verde ortica.

    Ortica del tè benefici per la salute 5.00 / 5 (100.00%) 7 voti Ortica è un arbusto che appartiene al genere Urtica e ha origine nelle regioni più fredde dell’Asia e dell’Europa. Si trova ora in …

  • LSD può curare alcuni tossicodipendenti – scientifico …

    Credit:. Ricerca di foto, INC droghe psichedeliche stanno facendo un ritorno tranquillo, come una manciata di studi recenti hanno dimostrato il loro potenziale medicinale. L’ultima scoperta suggerisce che è …

  • Introduzione alla cianobatteri, blu cibo alghe verdi.

    Architetti di atmosfera terrestre cianobatteri sono acquatici e fotosintetica. cioè, vivono in acqua, e in grado di produrre il proprio cibo. Perché sono i batteri, sono abbastanza …

  • Come controllare Stagno alghe, pillole di alghe verdi.

    Questo articolo discute i molti fattori coinvolti nel controllo della crescita delle alghe in stagni. È stato progettato per consentire una migliore del portiere stagno di avere una gamma completa di conoscenza circa la lotta contro le alghe …

  • Grandi piante di casa foglia verde …

    Grandi impianti a foglia può guardare unico, tropicale e aggiungere un tocco sorprendente a qualsiasi giardino. Se avete lo spazio per grandi foglie, si aggiungerà un’altra dimensione al vostro giardino che è sicuro di ottenere …

  • Cura dell’interno – piante fiorite, piante verdi interni.

    Indoor piante fiorite Indoor piante fiorite comprendono una vasta gamma di piante che comprende tutto, dalle orchidee alle stelle di Natale. La maggior parte delle piante fiorite interni fare meglio con brillante ma indiretta …