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你的汽车，手机，汽水瓶和鞋子有什么共同之处？它们都主要由石油制成。这种不可再生资源被加工成一种多功能化学品，称为聚合物 - 或更常见的是塑料。每年超过50亿加仑的石油单独转化为塑料。
聚合物是过去几十年中许多重要发明的背后，如3D打印。所谓的“工程塑料”，用于从汽车，建筑到家具等各种应用，具有优越的性能，甚至可以帮助解决环境问题。例如，由于工程塑料，车辆现在重量更轻，因此它们可以获得更好的燃油里程。但随着使用次数的增加，对塑料的需求也在增加。全世界每年已生产超过3亿吨塑料。这个数字可能是到2050年的六倍。
石油塑料从根本上说并不是那么糟糕，但它们错失良机。幸运的是，还有另一种选择。从石油基聚合物转变为生物基聚合物可以每年减少数亿吨的碳排放。生物基聚合物不仅可再生且对环境更加环保，而且通过充当碳汇实际上可以对气候变化产生净效益。但并非所有生物聚合物都是平等的。
可降解的生物聚合物
您之前可能遇到过“生物塑料”，特别是一次性餐具 - 这些塑料来自植物而不是油。这种生物聚合物通过将糖（通常来自甘蔗，甜菜或玉米）加入到产生前体分子的微生物中来制备，所述前体分子可以被纯化并化学连接在一起以形成具有各种性质的聚合物。
由于两个原因，植物衍生塑料对环境更好。首先，制造植物塑料所需的能源大幅减少 - 高达80％。虽然每吨石油衍生的塑料产生2至3吨二氧化碳，但每吨生物聚合物可减少约0.5吨二氧化碳，而且这一过程只会越来越好。
其次，植物性塑料可以生物降解，因此它们不会积聚在垃圾填埋场中。
虽然塑料叉子等一次性产品很难生物降解，但有时更长的寿命很重要 - 你可能不希望汽车的仪表板随着时间的推移慢慢变成一堆蘑菇。许多其他应用需要相同类型的弹性，例如建筑材料，医疗设备和家用电器。可生物降解的生物聚合物也不可回收，这意味着需要不断种植和加工更多的植物以满足需求。
生物聚合物作为碳储存
塑料，无论来源如何，主要由碳制成 - 约占重量的80％。虽然石油衍生塑料不像燃烧化石燃料那样释放二氧化碳，但它们也无助于隔离任何过量的这种气态污染物 - 液态油中的碳只能转化为固体塑料。
另一方面，生物聚合物来自植物，它利用光合作用将CO 2，水和阳光转化为糖。当这些糖分子转化为生物聚合物时，碳被有效地锁定在大气中 - 只要它们不被生物降解或焚烧。即使生物聚合物最终进入垃圾填埋场，它们仍将起到碳储存的作用。
CO 2仅占碳的28％（重量），因此聚合物包含一个巨大的储存器，用于储存这种温室气体。如果目前世界上每年约3亿吨聚合物的供应都是不可生物降解的和生物基的，这相当于一个千兆吨 - 十亿吨的隔离二氧化碳，约占当前全球排放量的2.8％。在最近的一份报告中，政府间气候变化专门委员会概述了捕获，储存和再利用碳作为减缓气候变化的关键战略;生物基聚合物可以起到关键作用，将全球变暖限制在1.5摄氏度所需的二氧化碳去除率高达20％。
不可降解的生物聚合物市场
目前的碳封存策略，包括将二氧化碳排放到地下的地质储存或在土壤中储存更多碳的再生农业，严重依赖政策来推动预期结果。
虽然这些是减缓气候变化的关键机制，但以生物聚合物形式封存碳有可能利用不同的驱动因素：金钱。
仅基于价格的竞争对于生物聚合物来说是一个挑战，但早期的成功显示了通向更大渗透的道路。一个令人兴奋的方面是能够获得目前未在石油衍生聚合物中发现的新化学物质。
考虑可回收性。很少有传统聚合物是真正可回收的。这些材料实际上通常是降级回收，这意味着它们仅适用于低价值应用，例如建筑材料。然而，由于遗传和酶工程的工具，完全可回收性 - 允许材料重复用于相同应用 - 的特性可以从一开始就被设计到生物聚合物中。
如今的生物聚合物主要基于某些细菌种类的天然发酵产物，例如乳酸乳杆菌的生产 - 与提供酸啤酒中的酸味的相同产品。虽然这些都是良好的第一步，但新兴研究表明，生物聚合物的真正多功能性将在未来几年内释放出来。由于具有设计蛋白质和修饰DNA的现代能力，现在可以实现生物聚合物前体的定制设计。有了它，一个新的聚合物世界成为可能 - 今天的二氧化碳将以更有用，更有价值的形式存在的材料。
为了实现这个梦想，需要进行更多的研究。虽然早期的例子在今天 - 就像部分生物基可口可乐PlantBottle一样 - 实现许多最有希望的新生物聚合物所需的生物工程仍处于研究阶段 - 就像可以使用的碳纤维的可再生替代品从自行车到风力涡轮机叶片。
支持碳固存的政府政策也有助于推动采用。有了这种支持，未来五年内可以大量使用生物聚合物作为碳储存 - 这个时间表有可能为帮助解决气候危机作出重大贡献。
本文最初发表在Joseph Rollin和Jenna E. Gallegos的The Conversation上。阅读原文。