Cosa fa la tua macchina, Telefono, bottiglia di soda e scarpe hanno in comune? Sono tutti fatti in gran parte di petrolio. Questa risorsa non rinnovabile viene trasformata in un insieme versatile di sostanze chimiche chiamate polimeri o, più comunemente, plastica. Oltre 5 miliardi di galloni di petrolio ogni anno vengono convertiti solo in plastica.

I polimeri sono alla base di molte importanti invenzioni degli ultimi decenni, come la stampa 3D. Le cosiddette "plastiche tecniche, " utilizzato in applicazioni che vanno dall'automotive all'edilizia all'arredamento, hanno proprietà superiori e possono persino aiutare a risolvere i problemi ambientali. Ad esempio, grazie ai tecnopolimeri, i veicoli ora sono più leggeri, così ottengono un migliore consumo di carburante. Ma con l'aumentare del numero di utilizzi, così fa la domanda di plastica. Il mondo produce già oltre 300 milioni di tonnellate di plastica ogni anno. Il numero potrebbe essere sei volte superiore entro il 2050.

Le petroplastiche non sono fondamentalmente così male, ma sono un'occasione mancata. Fortunatamente, c'è un'alternativa. Il passaggio da polimeri a base di petrolio a polimeri a base biologica potrebbe ridurre le emissioni di carbonio di centinaia di milioni di tonnellate ogni anno. I polimeri a base biologica non sono solo rinnovabili e più rispettosi dell'ambiente da produrre, ma possono effettivamente avere un effetto benefico netto sul cambiamento climatico agendo come un pozzo di carbonio. Ma non tutti i biopolimeri sono uguali.

Biopolimeri degradabili

Potresti aver incontrato "bioplastiche" prima, come utensili usa e getta in particolare:queste materie plastiche sono derivate dalle piante anziché dal petrolio. Tali biopolimeri vengono prodotti alimentando zuccheri, il più delle volte dalla canna da zucchero, barbabietole da zucchero, o mais, a microrganismi che producono molecole precursori che possono essere purificate e legate chimicamente tra loro per formare polimeri con varie proprietà.

Le plastiche di origine vegetale sono migliori per l'ambiente per due motivi. Primo, c'è una drastica riduzione dell'energia necessaria per produrre plastica a base vegetale, fino all'80%. Mentre ogni tonnellata di plastica derivata dal petrolio genera da 2 a 3 tonnellate di CO₂, questo può essere ridotto a circa 0,5 tonnellate di CO₂ per tonnellata di biopolimero, e i processi stanno solo migliorando.

Secondo, le plastiche di origine vegetale possono essere biodegradabili, quindi non si accumulano nelle discariche.

Anche se è ottimo per la biodegradabilità dei prodotti usa e getta come le forchette di plastica, a volte una vita più lunga è importante:probabilmente non vorrai che il cruscotto della tua auto si trasformi lentamente in un mucchio di funghi nel tempo. Molte altre applicazioni richiedono lo stesso tipo di resilienza, come materiali da costruzione, dispositivi medici ed elettrodomestici. Anche i biopolimeri biodegradabili non sono riciclabili, il che significa che più piante devono essere coltivate e lavorate continuamente per soddisfare la domanda.

Biopolimeri come stoccaggio del carbonio

plastica, non importa la fonte, sono principalmente costituiti da carbonio, circa l'80% in peso. Mentre le plastiche derivate dal petrolio non rilasciano CO₂ allo stesso modo della combustione di combustibili fossili, inoltre non aiutano a sequestrare l'eccesso di questo inquinante gassoso:il carbonio dell'olio liquido viene semplicemente convertito in plastica solida.

Bio-polimeri, d'altra parte, sono derivati ​​da piante, che utilizzano la fotosintesi per convertire la CO₂, acqua e luce solare agli zuccheri. Quando queste molecole di zucchero vengono convertite in biopolimeri, il carbonio è effettivamente bloccato lontano dall'atmosfera, purché non sia biodegradato o incenerito. Anche se i biopolimeri finiscono in discarica, continueranno a svolgere questo ruolo di stoccaggio del carbonio.

La CO₂ è solo il 28% circa di carbonio in peso, quindi i polimeri costituiscono un enorme serbatoio in cui immagazzinare questo gas serra. Se l'attuale fornitura mondiale annua di circa 300 milioni di tonnellate di polimeri fosse tutti non biodegradabili e a base biologica, ciò equivarrebbe a un gigaton, un miliardo di tonnellate, di CO₂ sequestrata, circa il 2,8 per cento delle attuali emissioni globali. In un recente rapporto, il Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici ha delineato l'acquisizione, immagazzinare e riutilizzare il carbonio come strategia chiave per mitigare il cambiamento climatico; i polimeri a base biologica potrebbero dare un contributo fondamentale, fino al 20 percento della rimozione di CO₂ necessaria per limitare il riscaldamento globale a 1,5 gradi Celsius.

Il mercato dei biopolimeri non degradabili

Attuali strategie di sequestro del carbonio, compreso lo stoccaggio geologico che pompa lo scarico di CO₂ nel sottosuolo o l'agricoltura rigenerativa che immagazzina più carbonio nel suolo, fare affidamento sulla politica per ottenere i risultati desiderati.

Sebbene questi siano meccanismi critici per la mitigazione dei cambiamenti climatici, il sequestro del carbonio sotto forma di biopolimeri ha il potenziale per sfruttare un driver diverso:il denaro.

La concorrenza basata solo sul prezzo è stata impegnativa per i biopolimeri, ma i primi successi mostrano un percorso verso una maggiore penetrazione. Un aspetto interessante è la possibilità di accedere a nuove sostanze chimiche attualmente non presenti nei polimeri derivati ​​dal petrolio.

Considera la riciclabilità. Pochi polimeri tradizionali sono veramente riciclabili. Questi materiali in realtà sono più spesso riciclati, il che significa che sono adatti solo per applicazioni di basso valore, come i materiali da costruzione. Grazie agli strumenti dell'ingegneria genetica ed enzimatica, però, proprietà come la completa riciclabilità, che consente di utilizzare ripetutamente il materiale per la stessa applicazione, possono essere trasformate in biopolimeri sin dall'inizio.

I biopolimeri odierni si basano in gran parte sui prodotti di fermentazione naturale di alcune specie di batteri, come la produzione da parte di Lactobacillus di acido lattico - lo stesso prodotto che fornisce l'acidità nelle birre acide. Sebbene questi costituiscano un buon primo passo, la ricerca emergente suggerisce che la vera versatilità dei biopolimeri è destinata a scatenarsi nei prossimi anni. Grazie alla moderna capacità di ingegnerizzare le proteine ​​e modificare il DNA, la progettazione personalizzata di precursori di biopolimeri è ora a portata di mano. Con esso, diventa possibile un mondo di nuovi polimeri – materiali in cui la CO₂ di oggi risiederà in un modo più utile, forma più preziosa.

Perché questo sogno si realizzi, sono necessarie ulteriori ricerche. Mentre i primi esempi sono qui oggi - come la Coca-Cola PlantBottle parzialmente a base biologica - la bioingegneria necessaria per ottenere molti dei nuovi biopolimeri più promettenti è ancora in fase di ricerca - come un'alternativa rinnovabile alla fibra di carbonio che potrebbe essere utilizzata in tutto, dalle biciclette alle pale delle turbine eoliche.

Anche le politiche governative a sostegno del sequestro del carbonio aiuterebbero a guidare l'adozione. Con questo tipo di supporto in atto, un uso significativo di biopolimeri come stoccaggio del carbonio è possibile già nei prossimi cinque anni, una linea temporale che potrebbe dare un contributo significativo per aiutare a risolvere la crisi climatica.