지속 가능한 플라스틱 검색

: By 필 맥 케나, 엔시아

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검색은 지속 가능한 플라스틱을위한 것입니다

석유 기반 중합체가 우리 해양을 오염시키고 우리의 삶을 산란 시키므로, 연구자들은 내구성이 있고 다재다능한 재료에 대한 요구를 충족시키기 위해보다 환경 친화적 인 방법을 모색합니다. Flickr : Bo Eide (Flickr / Creative Commons) 사진

세계 해양의 운명은 작은 맥주 통의 크기가 아닌 스테인레스 스틸 탱크 안에 남아 있을지 모른다. 옥수수 시럽은 옥수수 시럽을 대량의 고분자로 전환시켜 다양한 종류의 일반적인 플라스틱을 생산할 수 있습니다.

"요구르트 만들기와 조금 비슷합니다."라고 Metabolix, Inc.의 수석 과학 책임자 인 Oliver Peoples는 말합니다.

실험실 규모의 발효 챔버에서 바이오 플라스틱이 형태를 취하는 매사추세츠 주 캠브리지에 본사를두고있는 회사는 화석 연료로 만들어진 기존 플라스틱에 대해 가격 경쟁력이 있고 환경 친화적 인 대체품을 개발하기 위해 노력하는 기업 및 기관 중 하나이다 분해하여 바다를 떠 다니는 플라스틱으로 바꾸고 있습니다.

"우리는 폐기물 생산량의 증가를 가져 오는 플라스틱 생산량의 엄청난 증가를 보았습니다."라고 University of Georgia의 환경 공학 교수 인 Jenna Jambeck은 말합니다. "생분해되는 물질과 달리 플라스틱은 이러한 모든 문제를 가지고 있습니다. 그것은 쉽게 수로로 이동하며, 물리적으로 조각처럼 분해되어 수집하기가 매우 어렵거나 불가능합니다. 이미 환경에 존재하는 화학 오염 물질을 흡수하는 경향이 있습니다. "

매년 4.8 백만에서 12.7 만 미터 톤 (5.3 백만에서 14 백만 톤)의 플라스틱 또는 연간 4 백만 미터 톤의 플라스틱 (300 백만 톤) 중 330 %까지가 2010의 쓰레기로 바다에 들어갔다. 이 수치는 향후 10 년 동안 10 배가 될 것으로 예상된다. Jambeck 연구진은 플라스틱이 더 많이 생산되고 폐기물 관리 및 재활용 노력을 피함으로써 올해 초 발행 저널 과학.

이 플라스틱이 인간을 포함한 생물에 미치는 영향은 무엇입니까? 분명하지 않은. 최근 연구에 따르면 화학 물질은 플라스틱, 심지어 플라스틱 조각까지도 조류, 물고기 및 기타 해양 생물에 축적 될 수 있습니다. 실험실 테스트 결과, 이들을 구성하는 화학 물질이 간 손상과 같은 건강에 해로운 영향을 줄 수 있음을 보여주었습니다. 내분비 장애 변화된 유전자 발현을 통해 실험실 밖에서 유사한 효과가 발생했는지 또는 해양 생물을 먹는 사람들에게 먹이 사슬을 확장시키는 지 여부는 아직 알 수 없지만 두 가지 모두 완전히 그럴듯한 것처럼 보입니다.

그리고 그것이 전부는 아닙니다. 플라스틱은 온실 가스 부서에서도 유명합니다. 대략 매년 전세계에서 사용되는 석유의 8 퍼센트는 플라스틱을 직접 제조하거나 플라스틱 제조 공정에 전력을 공급할 것이라고한다. Worldwatch Institute의 최근 보고서.

"사람들이 더 많은 플라스틱을 사용하고 싶지는 않지만, 사실은 플라스틱이 자동차를 더 가볍게 만들고 물을 정화하며 건강 및 보안 응용 분야에 엄청난 혜택을주는 현대 재료입니다."- 마크 힐 마이어 (Marc Hillmyer) 우리의 사용을 줄이기 위해? 한 가지로, 플라스틱은 유연성이 뛰어나 다양한 재료를 대체 할 수있는 유연성, 비용 및 기타 매개 변수에 대한 요구 사항을 충족시키는 다양한 기능을 제공합니다. 뿐만 아니라 대체 물질은 환경, 사회 및 건강에 부정적인 영향을줍니다.

"사람들이 더 많은 플라스틱을 사용하는 것보다 덜 사용하기를 원한다고 느낄지라도, 플라스틱은 자동차를 더 가볍게 만들고 물을 정화하며 건강 및 보안 응용 분야에 엄청난 이익을주는 현대 재료입니다."라고 Marc Hillmyer, 감독 지속 가능한 폴리머 센터 미니애폴리스의 미네소타 대학교에서

즉, 기존의 플라스틱, 즉 식물성 플라스틱에 대한보다 지속 가능한 대안을 추구하는 확실한 이유가 있습니다. 소위 바이오 플라스틱 (bioplastics)이라 불리는 것은 퇴화되어 땅이나 바다를 오염시킬 수있는 위험을 크게 줄입니다. 또한 화석 연료 의존도를 낮추어 플라스틱의 탄소 배출량을 줄입니다. 바이오 플라스틱과 관련된 온실 가스 배출량은 기존 플라스틱에 비해 26 퍼센트 더 낮습니다. 옥수수 기반 및 석유 기반 플라스틱의 최근 수명주기 분석 미시간 주립대 학교의 연구원에 의해.

신흥 대안

그러나 오늘날의 플라스틱에 비 석유 기반의 분해 가능한 대안을 찾는 것은 쉽지 않습니다. 옥수수, 사탕 수수 또는 기타 식물성 물질로 만들어진 플라스틱은 반드시 분해 될 필요는 없으며 원할 때 저하가 발생하는 것은 어려울 수 있습니다.

"당신이 비닐 봉지를 사용하는 동안 비닐 봉지의 품질이 떨어지는 것을 원하지 않습니다."라고 Hillmeyer는 말합니다. "다른 한편으로는 다른 환경에 놓이면 빠르게 저하되기를 원합니다."

화학자들이 석유 기반의 플라스틱을 개질하는 데 어려움을 겪지 만 분해 할 수있는 많은 바이오 기반의 퇴화 가능한 대체 물질이 등장하고 있습니다.

이러한 성공과 다른 최근 성공에도 불구하고 바이오 플라스틱은 전체 산업에서 극히 일부에 불과합니다. 미네소타 주 미네 통카에 본사를 둔 Natureworks는 세계 최고의 바이오 플라스틱 제조업체 중 하나입니다. 이 회사는 옥수수 전분에서 공급하는 생분해 성 플라스틱 인 PLA (폴리 락트산)를 만들고 수명이 다하면 분해되는 일회용 식기류, 컵, 포장재 등 다양한 소비자 제품으로 만듭니다. 네브래스카 주 블레어에있는 회사의 초기 생산 시설은 2002 년에 가동되었으며 연간 140,000 만 미터 톤 (150,000 톤)의 PLA를 생산할 수 있습니다. 이 회사는 최근 사탕 수수를 원료로 사용할 동남아시아에 두 번째 공장을 열 계획이라고 발표했습니다.

bioplastic의 또 다른 선도적 인 제조 업체는 2009에서 PlantBottle을 시작한 Coca-Cola Company입니다. Plant Bottle은 폴리에틸렌 테레 프탈레이트 -PET로 만든 음료병으로 최대 30 %의 생물 기반 물질을 포함합니다. 병은 분해성이 아니지만 대부분의 바이오 기반 플라스틱과는 달리 일반적으로 재활용되는 플라스틱 인 PET와 함께 재활용 될 수 있습니다. 2009 이후이 회사는 원래 PlantBottles의 35 억을 생산했습니다. 6 월 2015에서 100은 바이오 기반의 새로운 버전을 발표했습니다.

최근 및 최근의 성공에도 불구하고, 바이오 플라스틱은 전체 산업의 아주 작은 부분으로 남아 있습니다. 이 재료는 소비자가보다 지속 가능한 제품에 대해 프리미엄을 지불하고자하는 숟가락이나 병 같은 일회용 제품에 매우 적합합니다. 내구성이 높고 눈에 잘 보이지 않는 용도 (예 : 주거용 및 상업용 배관에 일반적으로 사용되는 PVC로 제조 된 수도관)는 전적으로 기존의 플라스틱으로 제작됩니다. 전체적으로, 모든 플라스틱의 0.5 퍼센트가 비 석유 자원에서 나온다고, 워싱턴 DC에 본부를 둔 산업 무역 단체 인 플라스틱 산업 협회 (Society of the Plastic Industry)에 따르면

그러나 정부 규제로 인해 바이오 플라스틱 사용이 증가하고 있습니다. 2014 Illinois에서 금지 된 마이크로 비드에는 얼굴 용 스크럽, 샴푸 및 치약에 일반적으로 사용되는 작은 플라스틱 연마재, 환경 파괴에 대한 우려로 오대호에서. 지름이 1 밀리미터보다 작 으면 마이크로 비드가 너무 작아 하수 처리 시스템에 의해 걸러지며 담수 및 해양 환경에서 발견됩니다.

유기 플라스틱 8 7 생분해 성 PHA로 만들 수있는 소비재에는 가방,기구 및 전기 케이블 재킷이 포함됩니다. 사진 제공 : Metabolix.

미생물에 대한 연방 정부의 금지 조치가 예상됨에 따라 Metabolix는 3 월 하니웰과 협력하여 미생물에 대한 생분해 성 대안을 생산했습니다. 두 회사가 개발중인 마이크로 비즈는 폴리 하이드 록시 알 카노 에이트 또는 PHA로 제조되었습니다. PHA는보다 비싸지 만 다재다능한 바이오 기반 플라스틱입니다. PLA. 두 회사가 개발중인 마이크로 비드는 옥수수 전분을 발효시켜 만들어 지지만, 스위치 그라스와 같은 비 식량 작물에서도 만들 수 있습니다. PHA microbeads는 셀룰로오스 나 종이와 같은 속도로 몇 달 만에 이산화탄소와 물로 분해 될 것이라고 Peoples는 말합니다.

아래쪽 주위

우리가 옥수수 나 사탕 수수와 같은 작물에서 나온 플라스틱에 대한 의존도를 높이면서 우연히 새로운 환경 문제를 제기 할 수 있습니다. 저널의 최근 연구 청정 생산 농업 원료에서 재배 된 바이오 플라스틱 상당량의 물, 살충제 및 비료 사용 대기 및 수질 오염을 유발하고 식량으로 재배되는 작물과 경쟁 할 수 있습니다.

석유에 대한 의존도를 줄이면서 식물 기반 플라스틱의 저변을 해결할 수있는 한 가지 방법은 CO₂ 대신 공급 원료로 사용하십시오. 뉴욕 주 이타카에있는 코넬 대학 (Cornell University)의 연구에서 추출한 노벨 머 (Novomer)는 폐기물 CO₂ 에탄올 생산 공장에서 플라스틱으로. 이 회사는 매트리스, 시트 쿠션 및 단열재뿐만 아니라 다양한 특수 코팅 및 실런트에서 발견되는 유연한 폼을 만드는 데 사용되는 폴리올을 제조합니다.

"당신의 매트리스가 우리 재료로 제조 되었다면, 그것은 대략 22 무게의 이산화탄소 일 것입니다."라고 Novomer의 폴리머 담당 수석 부사장 인 Peter Shepard는 말합니다. "그것은 폐기물 인 온실 가스를 취하여 귀중한 제품으로 바꾼다 "고 말했다.

일반적으로 CO₂ 다른 화합물과 반응하기에는 너무 비활성이어서 플라스틱 또는 기타 용도에 사용하기가 어렵습니다. Geoffrey Coates는 Ithaca에있는 Cornell University의 화학 교수이자 Novomer의 공동 설립자로서 CO의 반응성을 증가시키는 촉매를 개발했습니다₂동시에 다른 주요 폴리올 성분의 반응성을 저하 시키므로 CO₂ 생성 된 중합체에 첨가한다.

"아이들이 있고 피자와 브로콜리를주는 것과 같고 피자 한 입을 가져갈 때마다 브로콜리 한 병을 가져 가야한다고 말합니다."Coates는 또한 지속 가능한 폴리머 센터의 일원이기도합니다 .

바이오 플라스틱의 가장 큰 도전 과제는 기존 60 년 동안 연마 된 믿을 수 없을만큼 저렴한 재료 인 기존 플라스틱과 경쟁하고 있다는 점입니다. Novomer에서 만든 폴리올은 분해성이지만 석유 기반 화학 물질과 결합하면 분해성을 잃습니다 거품.

이 회사는 현재 발포제와 실런트 제조에 주력하고 있지만 Shepard는 Novomer의 CO₂기반 폴리머는 CO와 함께 분해성 플라스틱을 만드는데 사용될 수있다.₂ 50 퍼센트만큼 높은 콘텐츠

가장 큰 도전

최근 몇 년 동안 강한 성장에도 불구하고, 일부 사람들은 바이오 플라스틱이 잠재력에 부응하지 못했다고 말한다.

"bioplastics 업계는 변화를 기꺼이 할 수있는 특성과 가격 측면에서 충분히 매력적인 폴리머를 만들 수 없었습니다"라고 한때 선도적 인 바이오 플라스틱 회사 인 Cereplast의 전 CEO 인 Frederick Scheer는 말합니다. 2014에서는 파산을 선포했습니다.

바이오 플라스틱의 가장 큰 과제는 과거의 60 년 동안 연마되어 온 믿을 수 없을만큼 저렴한 재료 인 기존의 플라스틱과 경쟁하고 있다는 점입니다.

"사람들은 생분해되지 않는 유성 물질의 환경 적 영향에 대해 다소 의식하고 있지만 새로운 물질 유형을 밀어 내기 위해 추가 비용을 기꺼이 쓰지는 않습니다."라고 그는 말합니다.

석유 기반의 플라스틱과의 경쟁은 석유 가격이 반으로 떨어짐에 따라 지난 한 해에만 심화되었다. "전통적인 유성 원료와 경쟁하기 위해서 우리는 석유 가격이 배럴당 약 $ 130, $ 140 정도가되어야했습니다."라고 Scheer는 말합니다. "명백하게 50 배럴당 우리는 경쟁 할 수있는 것과는 거리가 멀다."

Scheer 씨는 비 석유 자원으로부터 세계의 모든 플라스틱을 생산할 수있는 능력이 있지만, 그렇게하려면 상당한 정부 지원이 필요할 것이라고 말한다. 그는 "플라스틱 가격과 원유 가격이 지금보다 훨씬 높아질 것"이라고 밝혔다.

폴리에틸렌 경쟁자?

화석 연료에 대한 의존도를 낮추고 수명이 다할 때까지 지속되는 지속 가능한 플라스틱이 주류로 떠오르면 마이크로 비드, 폼 및 기타 특수 용도뿐 아니라 열가소성 플라스틱에도 적합해야합니다 매년 생산되는 수억 톤의 플라스틱 중 80 퍼센트 이상을 차지하는 성형 가능한 고분자.

Coates는 쓰레기 봉지에서부터 물병, 플라스틱 장난감에 이르기까지 모든 것을 만드는데 사용되는 가장 널리 생산되는 열가소성 폴리에틸렌과 비슷한 성질의 새로운 생체 고분자를 개발하고 있습니다.

얇은 폴리에틸렌 층조차도 믿을 수 없을 정도로 강하다. 예를 들어 바닥에 떨어 뜨릴 때 깨지지 않는 가위 나 우유 주전자 없이는 열지 못하는 봉투를 만들 수있다. "대부분은 반결 정성 물질이기 때문에."라고 Coates는 말합니다. "[폴리머] 사슬은 매우 타이트하고 특정한 방식으로 서로 옆에 놓여있어서 전반적으로 매우 인상적인 성질을 나타냅니다."

안에 2014 연구는 미국 화학 학회지코넬 (Cornell)의 Coates와 동료 연구원은 설탕 원료로 만들어지고 폴리에틸렌과 유사한 성질을 갖는 반 결정질 구조를 가진 새로운 물질을 기술했지만 유용한 수명이 끝날 때 더 잘 분해 될 수 있다고 말했다.

"하룻밤 사이에 발생하는 것은 아니지만 폴리에틸렌과 같은 플라스틱의 진정한 경쟁자가 될 수 있다는 긍정적 인 신호가 있다고 생각한다"고 힐 마이어는 말한다.

폴리 (폴리 프로필렌 숙시 네이트)로 알려진 신소재는 매립이나 해양 환경에서 얼마나 빠르게 분해되는지를 알기 위해 테스트되지 않았다. 그러나 Coates는 그 성분에 따라 대부분의 단일 사용 제품의 유효 수명을 초과하는 수 개월 후에 물에서 열화되기 시작해야한다고 말한다. 폴리 (폴리 프로필렌 숙시 네이트)는 프로필렌 글리콜과 숙신산으로 분해되어 비 독성 물질로 더욱 CO₂ 미생물에 의해 섭취되는 물.

Coates는 "폴리머 분해 제품을 먹어야한다면 원하는 제품이 될 것입니다.

폴리 (폴리 프로필렌 숙시 네이트)은 기존의 폴리에틸렌보다 파운드당 파운드로 비용이 적지는 않을 것으로 보이지만, 고유 한 결정 구조는 석유 제품보다 우수한 성능을 나타냅니다. 그렇다면 바이오 플라스틱 제조업체는 언젠가 석유 기반 플라스틱보다 재료가 훨씬 적은 우유 주전자를 만들어 오늘날의 플라스틱 산업과 경쟁 할 수 있습니다.

오르막 전투

탄소에 가격을 매기거나 모든 플라스틱에 생물 분해를 요구하는 정부 규정의 단축으로 인해 바이오 플라스틱은 틈새 시장 응용 프로그램을 채우기 위해 기존 플라스틱을 능가하는 방법을 찾아야 할 것입니다.

힘든 전투이지만 - 한 번만 다른 틈새 제품인 태양 전지 패널이 점점 더 많이 승리하고 있습니다.

2007 태양 에너지는 미국 발전량의 0.1 퍼센트보다 적습니다. 독창성과 혁신 덕분에 광전지 모듈의 가격은 와트 당 US $ 4에서 와트 당 US $ 0.50로 떨어졌으며, 태양 에너지는 미국에서 가장 빠르게 성장하는 전기 공급원이되었습니다.

생물 플라스틱을 연구하는 사람들도 비슷한 바다 변화를 볼 수 있습니까? 궁극적으로, 제품이 얼마나 잘 파괴되는지에 대해서뿐만 아니라 재래식 플라스틱의 경쟁 우위를 얼마나 줄일 수 있는지에 대해서 많은 사람들이 궁금해 할 것입니다.

저자에 관하여

메 케나 필 Phil McKenna는 매혹적인 개인과 흥미로운 아이디어의 융합에 관심이있는 프리랜서 작가입니다. 그는 뉴스 뒤에있는 사람들에게 초점을 맞추면서 주로 에너지와 환경에 관해 글을 씁니다. 그의 작품은 　 뉴욕 타임스, 스미소니언, 유선, 오듀 본, 신 과학자, 기술 검토, MATTER 및 NOVA, 그는 기고 편집인입니다.