La gente ha vissuto senza plastica fino al secolo scorso o giù di lì, ma la maggior parte di noi troverebbe difficile immaginare come.

La plastica ora è ovunque nella nostra vita, fornendo convenienza a basso costo e altri vantaggi in innumerevoli applicazioni. Possono essere modellati per quasi ogni compito, da film esili a giocattoli per bambini morbidi e componenti hard-core. Si sono dimostrati vitali in medicina e sono stati fondamentali nello sforzo globale per rallentare la diffusione della pandemia di COVID-19 negli ultimi 16 mesi.

La plastica sembra indispensabile in questi giorni.

Purtroppo a lungo termine, sono anche quasi indistruttibili. Il nostro pianeta ora sopporta il peso di oltre sette miliardi di tonnellate di plastica, con più prodotti ogni giorno. Un flusso di rifiuti in continua crescita intasa le nostre discariche, inquina i nostri corsi d'acqua e pone una crisi urgente per il nostro pianeta.

Quattro scienziati hanno pubblicato un invito all'azione in un nuovo numero di Scienza , dedicato al problema della plastica.

In un ampio articolo introduttivo, gli scienziati, tra cui due dell'Università del Delaware, uno dal Lawrence Berkeley National Laboratory in California e un altro dall'Università di Sheffield nel Regno Unito, richiedono un cambiamento fondamentale nel modo in cui le materie plastiche sono progettate, prodotto, usato e riutilizzato.

L'obiettivo finale:progettare, adottare e garantire un ciclo di vita "circolare" per la plastica che non porti a una discarica, a un oceano o a una strada, ma a una lunga vita di uso e riutilizzo quasi infinito delle preziose risorse e applicazioni che rappresentano.

Ciò richiede nuovi approcci alla chimica, ingegneria, processi industriali, politica e collaborazione globale, secondo i coautori LaShanda T.J. Korley, direttore del Center for Plastics Innovation (CPI) presso l'Università del Delaware e ricercatore principale di una partnership della National Science Foundation (NSF) per lo sforzo di ricerca e istruzione internazionale in materiali e sistemi di ispirazione biologica; Thomas H. Epps di UD, III, condirettore del CPI, capo ricercatore principale di uno sforzo NSF Growing Convergence Research (GCR) nella gestione del ciclo di vita dei materiali e direttore del Center for Hybrid, Attivo, e materiali reattivi (CHARM) presso UD; Brett A. Helms della Molecular Foundry presso il Lawrence Berkeley National Laboratory in California; e Anthony J. Ryan del Grantham Center for Sustainable Futures dell'Università di Sheffield nel Regno Unito.

"Il dilemma dei rifiuti di plastica è una sfida globale che richiede un intervento urgente e uno sforzo concertato che colleghi i partner di tutto il mondo industriale, accademico, finanziario, e settori governativi sostenuti da significativi investimenti in sostenibilità, " loro scrivono.

È un compito arduo che include l'attenzione al riciclaggio, "upcycling" (riutilizzo dei materiali in nuovi modi a valore aggiunto), sviluppo di nuovi materiali e riconoscimento dei bisogni delle comunità con risorse insufficienti.

"Non esiste una soluzione valida per tutti, " ha detto Korley, Illustre Professore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso UD, che ha trascorso la sua carriera sviluppando nuove plastiche con proprietà specifiche. "Il modo in cui le persone vivono con i rifiuti e il modo in cui riciclano è così diverso. Viaggiare in Europa ha evidenziato il netto contrasto nell'uso della plastica monouso, come cannucce e posate rispetto agli Stati Uniti In tutti gli Stati Uniti, le città e i comuni all'interno di un singolo stato possono fare le cose in modo diverso".

Ricette complesse sono utilizzate in molte materie plastiche, Korley ha detto, e spesso includono diversi tipi di polimeri e altri additivi. Ogni componente può complicare gli sforzi di riciclaggio o rendere impossibile il riciclaggio, ecco perché i riciclatori accetteranno alcuni tipi di plastica e ne rifiuteranno altri.

Ma come possono essere progettate le materie plastiche in modo che tutti i loro componenti possano essere decostruiti per un uso futuro in altri prodotti?

Questa è la sfida per CPI, che Korley dirige. La sua attenzione è rivolta alla plastica "upcycling", trovando modi per trasformare i rifiuti di plastica in materiali preziosi come combustibili e lubrificanti. I ricercatori usano la catalisi e gli enzimi per ricostituire alcuni tipi di plastica, come il polietilene ad alta densità (HDPE), polietilene a bassa densità (LDPE) e polistirene/polistirolo, i tipi di plastica utilizzati nelle brocche del latte, bottiglie di shampoo, sacchetti di panino, tazzine da caffè, sacchetti della spesa e imballaggi per alimenti.

"Le diverse proprietà dei materiali richiedono l'uso di polimeri, miscele e additivi diversi, che contribuisce alla complessità e alla gerarchia dei rifiuti, " ha detto Korley.

Il Scienza carta affronta questo e molto altro ancora, con un'urgenza che riflette i pericoli reali e presenti per un pianeta soffocato dalla plastica scartata che non andrà da nessuna parte presto.

Alcune di queste realtà sono davvero cupe. Prendi la bottiglia d'acqua di plastica che ti ha aiutato a dissetarti dopo una corsa mattutina cinque anni fa, Per esempio. Probabilmente sarà con noi, da qualche parte, per altri 395 anni. Nemmeno il lento deterioramento ci aiuta. Gli scienziati hanno scoperto che minuscoli frammenti di plastica consumata sono prevalenti nell'acqua che beviamo e nei cibi che mangiamo.

Meno del 10% dei rifiuti di plastica viene riciclato e meno dell'1% verrà riciclato più di una volta. Circa il 12% sarà incenerito. Milioni di tonnellate di plastica scartata finiscono in giganteschi vortici di detriti nell'oceano e il resto si accumula nelle discariche, affonda nei letti dei fiumi o giace ai bordi delle strade di tutto il mondo.

Ma Helms, un coautore del Lawrence Berkeley National Lab, faceva parte del team che ha creato una plastica di nuova generazione chiamata PDK (polidichetoenamina), che può essere ridotto alle sue parti molecolari e riassemblato secondo necessità.

"Siamo in un punto critico in cui dobbiamo pensare all'infrastruttura necessaria per modernizzare gli impianti di riciclaggio per la futura raccolta e trattamento dei rifiuti, " Helms ha detto dopo che il nuovo materiale è stato annunciato. "Se queste strutture sono state progettate per riciclare o riciclare PDK e materie plastiche correlate, allora saremmo in grado di deviare in modo più efficace la plastica dalle discariche e dagli oceani. Questo è un momento entusiasmante per iniziare a pensare a come progettare sia i materiali che le strutture di riciclaggio per consentire la plastica circolare".

Gli elementi costitutivi della plastica, i monomeri, sono costituiti da elementi tra cui carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, cloro e zolfo. Questi monomeri sono legati da legami chimici per diventare polimeri, che può essere utilizzato nella formazione di materie plastiche da realizzare in varie forme per molti usi diversi.

Il valore di tutte queste risorse si perde nelle applicazioni monouso, ha detto Ryan di Sheffield. La chiama una "verità conveniente":la convenienza e il costo economico di tali prodotti li rendono interessanti per i consumatori, senza riconoscere il valore intrinseco e il costo per il pianeta. Le strategie di marketing che affermano che alcuni prodotti in plastica sono "verdi" e biodegradabili per attirare consumatori ben intenzionati sono particolarmente preoccupanti per lui.

"Il cinico 'greenwash' è il problema più grande per la sostenibilità della plastica, " ha detto. "Quindi ero molto desideroso di lavorare con LaShanda e Thomas su questo. Li conosco da quando erano dottorandi. studenti."

Con l'innovazione e la collaborazione come pilastri dei nuovi centri che co-dirigono:CPI sostenuto dal Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti di Korley e CHARM e GCR di Epps sostenuti da NSF, Korley e Epps, il Distinguished Professor Allan e Myra Ferguson di ingegneria chimica e biomolecolare, sono in prima linea negli sforzi per prolungare la vita delle plastiche derivate dal petrolio e da bio-derivati ​​e/o metterle su un percorso circolare che continua dalla produzione al primo utilizzo, alla ricostituzione fino all'eternità.

Ryan ha detto che vede un'"economia circolare" come critica. Vede il valore nel riciclaggio e nell'upcycling e nello sviluppo di nuovi materiali, ma nessuno è un "proiettile d'argento". Affrontare il dilemma della plastica richiede il riconoscimento del vero valore della plastica.

"Una soluzione è qualcosa in cui l'America non è molto brava:regolamenti, politica e fiscalità, " ha detto. "Non c'è una risposta facile al problema della plastica. Un mercato sfrenato non lo fornirà.

"Per tutti questi problemi in cui la scienza, l'ingegneria e la società si intersecano, la risposta è sempre:è complicato".

Una prospettiva più precisa, secondo Ryan, è vedere il problema della plastica in relazione al problema del cambiamento climatico senza permettere che sia una distrazione.

"Il cambiamento climatico è una verità scomoda e una verità invisibile, " ha detto. "Non puoi vedere cosa lo sta causando e non puoi vedere l'anidride carbonica nell'atmosfera. Non associ la guida al negozio con il cambiamento climatico.

"Si associano le cose ai rifiuti di plastica, e questa è una comoda verità. Non abbiamo problemi a prendere combustibili fossili e trasformarli in plastica. Ma ora dobbiamo prenderci cura di quella preziosa plastica. Non buttarla via. È troppo a buon mercato. A causa del problema dell'inquinamento, dobbiamo dargli un prezzo artificialmente alto".

I dati dell'analisi del ciclo di vita sono fondamentali per prendere decisioni basate sull'evidenza, Ryan ha detto, e consumatori e legislatori non possono farlo da soli. Hanno bisogno di professionisti per abbattere i costi ei benefici e spiegare le opzioni.

"È molto più complesso di quanto la maggior parte delle persone sia disposta a considerare, " Egli ha detto.

L'invito all'azione è completo.

"Per raggiungere un futuro più sostenibile, integrazione di considerazioni non solo tecnologiche, ma anche analisi di equità, comportamento del consumatore, esigenze geografiche, riforma della politica, valutazione del ciclo di vita, allineamento delle infrastrutture, e le partnership della catena di approvvigionamento sono vitali, " hanno detto gli autori.

Korley ha detto che vede crescere la passione per questa sfida scoraggiante.

"Queste iniziative stimolano l'entusiasmo tra i nostri studenti:scuole superiori, laureandi e laureati e i nostri postdoc, " ha detto. "Le persone sono appassionate di fare qualcosa per migliorare il mondo. E possono parlare con la nonna, la nipote o il nipote e spiegare perché il lavoro che stanno facendo è importante".