Slik kan vi lage bærekraftig bioplast av CO₂ uten å bruke opp truede grunnstoffer på veien
Grønn kjemi som slår to fluer i en smekk.
Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.
Kjemikere har en iboende trang til å gjøre et stoff om til et annet. Der andre forsøker å finne ut hvordan CO₂ kan lagres, vil en kjemiker i stedet prøve å omdanne CO₂-molekylene til noe nyttig.
I utgangspunktet er ikke det helt enkelt. I kjemisk forstand er CO₂-molekylet en einstøing som nødig åpner seg for andre. Det trengs en attraktiv dansepartner, et molekyl som lett får kontakt med andre, for å få CO₂ til å åpne favnen.
I tillegg trengs en danselærer for å dra det hele i gang og sørge for riktig takt og fotplassering. I kjemien gjøres denne jobben av katalysatorer. Det er stoffer som utløser kjemiske prosesser, og får dem til å gå raskere, renere og med lavere energiforbruk.
I dag vet vi bedre
Siden kjemikere aldri har vært redde for stabukker, oppdaget japaneren Shohei Inoue allerede i 1969 hvordan han skulle få lokket CO₂ ut på dansegulvet og inn i de nyttiges rekker. Som dansepartner brukte han et epoksid. Det er en organisk-kjemisk forbindelse som elsker nye bekjentskaper, og danselæreren var en metallbasert katalysator.
Pardansen resulterte i en type polymerer kjent som polykarbonater.
Dette er svært anvendbare molekylkjeder som er hovedkomponenter i det meste av plastproduksjon, og som også brukes i økende grad i for eksempel elektronikk, byggematerialer, biler, fly og solcellepaneler.
I 1969 var det ingen som visste hvor farlig CO₂ var for klimaet, så det vil være synd å si at Inoue ble bejublet.
Prosessen hans var dessuten horribelt energikrevende. I dag vet vi bedre. De siste 15 årene er det utviklet en rekke effektive katalysatorer som kan få fart på dansetimen og sørge for at omfavnelsen mellom CO₂ og epoksider ender i polykarbonater.
Kan vi gå tom for råstoffer? Er plan B å hente dem fra verdensrommet?
Trues av overforbruk
Den dårlige nyheten er at katalysatorene i de mest effektive prosessene er basert på metallene kobolt, krom og sink, tre av etter hvert ganske mange grunnstoffer som trues av overforbruk. Det er nemlig ikke bare dyr og planter som trues av menneskelig aktivitet, vi konsumerer også mange av grunnstoffene våre i et tempo som ikke er bærekraftig.
Et eksempel er helium, svært viktig i medisinsk sammenheng, der reservene er så lave at flere norske byer har innført forbud mot heliumballonger 17. mai.
Andre eksempler er neodym, dysprosium og terbium, sjeldne jordartsmetaller det går med tonnevis av i produksjonen av siste generasjons vindturbiner.
Ikke mer sink om 100 år?
Ifølge organisasjonen for europeiske kjemikere (EuChemS) vil det ikke være mer sink igjen om 100 år dersom vi fortsetter å bruke stoffet slik vi gjør i dag. Også kobolt og krom kommer til å havne på «rødlisten» hvis vi fortsetter å bruke dem ukritisk. Kobolt og krom er dessuten giftig, noe som betyr at det kan være ørsmå giftkonsentrasjoner i de ferdige produktene.
Et annet, og vel så viktig, poeng handler om hvor disse grunnstoffene kan utvinnes.
De største produsentene av kobolt er land som Kongo, Kina og Russland. Kina er også den suverent største produsenten av sink. Kan vi stole på at de vil dele i fremtiden? Også kromreservene i verden befinner seg langt unna, i Sør-Afrika, Kasakhstan, India og Tyrkia. Vil stoffene finne veien hit når vi trenger dem?
Titan peker seg ut
Med støtte fra Norges forskningsråd, har Universitetet i Bergen i fem år forsket på mer bærekraftige katalysatorer som kan drive prosessen med å omdanne CO₂ og epoksider til polykarbonater. Et grunnstoff som titan, som finnes i overflod, peker seg ut som en lærevillig kandidat. Stoffet er dessuten særlig interessant i et norsk perspektiv. Det er anslått at hele 6 prosent av verdens titanreserver befinner seg i kongeriket.
En annen utfordring som har stått sentralt i forskningen, er å finne bærekraftige erstatninger for epoksidene som binder seg til CO₂. I dag utvinnes disse nesten utelukkende fra olje, og målet er å erstatte dem med organiske forbindelser som kan utvinnes fra planter. Da kan plast erstattes med biologisk nedbrytbar bioplast.
Lovende forsøk
Forsøkene våre har vært lovende og dessuten mulig å gjennomføre under lavt trykk og ved lav temperatur, noe som gjør at det går med relativt lite energi.
Fortsatt gjenstår en del øvelser i kjemiens danseskole, men danselærer titan opplever allerede at et nikk kan være nok for å få CO₂ til å by opp en organisk liten frøken til tango for to.
Ved hjelp av en titan-basert katalysator lager vi allerede polymerer som inneholder en stor mengde CO₂, og vi nærmer oss utvikling av slike katalysatorer som er robuste og effektive nok til å tilfredsstille plastindustriens behov.
Nedbrytbar plast løser ikke miljøproblemet
Et lite PS til slutt. Ironisk nok har et av stoffene på «rødlisten», hafnium, vært en av de viktigste bidragsyterne i forskningen. Det skyldes at mens titan er en type som nødig deler hemmeligheter med noen, kan hafnium langt på vei leses som en åpen bok.
Siden de to er i samme gruppe i det periodiske system og deler mange av de samme kjemiske egenskapene, kan vi studere adferden til hafnium for å finne ut hvordan titan vil oppføre seg i tilsvarende situasjoner.
Men bare så det er sagt: Det har ikke gått med mer enn noen milligram hafnium i forsøkene.
