Smartare design av de polymerer som all plast består av, kan förbättra både funktionalitet och återvinningsbarhet av plasten.
Plast är ett samlingsnamn för en stor grupp material med olika egenskaper och användningsmöjligheter. Plast kan vara allt från hårt och starkt, till mjukt och böjligt och kan även anpassas till att tåla extrem värme eller kyla. Plast består huvudsakligen av en eller flera polymerer som har blandats med tillsatser. En polymer är uppbyggd av en eller flera olika små byggstensmolekyler. Majoriteten av all plast som tillverkas är gjord av olja, men plast produceras även från biobaserade material som sockerrör (socker), majs(stärkelse), och växtbaserad olja.
– Vi bör forska mer på polymerdesign än vad vi har gjort hittills. Det räcker inte med att endast fokusera på polymerernas materialegenskaper, eller på designen av plastprodukten, utan vi måste även utveckla polymerer som kan bidra till att öka graden av plaståtervinning, säger professor Rajni Hatti-Kaul, verksam på Kemicentrum vid Lunds universitet.
Bristfällig återvinning
Idag är återvinningen av plast bristfällig, av de 14 procent som globalt samlas in för återvinning, återvinns 8 procent till plast oftast av sämre kvalitet medan fyra procent går förlorat i processen. Endast två procent återvinns till plast av samma eller liknande kvalitet. Många förpackningar som tillverkas är inte heller gjorda för att återvinnas. 95 procent av plastens värde som förpackningsmaterial går förlorat efter en väldigt kort första användning. Produktionen av plast ökar ständigt, den globala plastproduktionen ligger på cirka 335 miljoner ton per år.
Det finns ett antal parametrar som är speciellt viktiga inom design av biobaserade polymerer menar Rajni Hatti-Kaul och hennes forskarkollegor. De omfattar design som förbättrar polymerernas tillämpning i plastprodukter (hårda eller mjuka plaster, böjlighet med mera) samt möjliggör återvinning av polymerer. Idag återvinns plast främst genom mekanisk återvinning, där plasten finfördelas och sedan smälts ned.
Eftersom mekanisk återvinning innebär höga temperaturer behövs det tas fram biobaserade polymerer som kan klara av en hög smälttemperatur eller glasövergångstemperatur (den temperatur vid vilken polymeren förvandlas från ett hårdglasigt tillstånd till ett gummiaktigt tillstånd vid temperaturökning).
– Ju högre temperaturer som polymeren klarar utan att förlora sina egenskaper desto högre kvalitet har den som återvunnet material. Idag är plastens försämrade materialegenskaper efter återvinning ett problem för att skapa en bred efterfrågan på återvunnen plast, säger Rajni HattiKaul.
Polymerdesign kan ge effektivare återvinning
Polymerdesign som möjliggör selektiv nedbrytning av polymerer till byggstensmolekyler igen, genom så kallad kemisk återvinning, är också intressant att utforska.
– Selektiv nedbrytning av biobaserade polymerer är en utmärkt lösning för att separera och återvinna polymerer från olika typer av plastblandningar. Då får vi fler möjligheter att använda plasten på nytt, säger Rajni Hatti-Kaul.
För att komma vidare inom design av biobaserade återvinningsbara polymerer behövs också mer forskning och utveckling, framförallt vad gäller att ta fram en portfölj av olika koldioxidneutrala byggstensmolekyler som kan ge önskade egenskaper till polymerer. Här utgör mikroorganismer och enzymer viktiga verktyg både för produktion och återvinning av biobaserade polymerer. Potentialen att utveckla bättre biokatalysatorer (enzymer) för polymersyntes (polymerisation är processen där monomerer – små molekyler – binds för att bilda en, vanligtvis lång, polymerkedja) och för selektiv nedbrytning av polymerer, behöver också utforskas.
Många fördelar med bättre design
Det finns mycket att vinna på en bättre design av biobaserade polymerer menar Rajni Hatti-Kaul och hennes forskarkollegor. Utöver att bidra till ökad plaståtervinning och funktionalitet kan mer optimala processer göra produktionen av polymerer mindre energi- och resurssnål. Biobaserade alternativ, där plasten tillverkas av restprodukter från jordbruk- eller skogsbruk, istället för av olja, är också ett måste om plastproduktionen ska bli hållbar över tid. Samtidigt är det viktigt att undersöka hur alternativ som koldioxid kan användas för att producera polymerer eftersom marken även behövs till mat, foder och bioenergi.
– Självklart finns det stora hinder för en övergång till koldioxidneutrala alternativ, inte minst när det gäller priset eftersom olja fortfarande är det billigare alternativet. Men ett större fokus på polymerdesign är ett viktigt steg i rätt riktning, avslutar Rajni Hatti-Kaul.
Vetenskaplig artikel:
Designing Biobased Recyclable Polymers for Plastics. Rajni Hatti-Kaul, Lars J Nilsson, Baozhang Zhang, Nicola Rehnberg och Stefan Lundmark.
Kontakt:
Rajni Hatti-Kaul, professor på Kemicentrum, Lunds universitet, rajni.hatti-kaul@biotek.lu.se
