Polymeerin valmistus hiilidioksidista

Abstract

Muovien tuotannosta syntyy paljon ilmastolle haitallisia päästöjä, kuten hiilidioksidia, joka on yksi merkittävimmistä tekijöistä ilmaston lämpenemiselle. Ympäristötavoitteita on asetettu maailman laajuisesti koskemaan ilmaston lämpenemisen ehkäisyä ja uusiutuvien luonnonvarojen käyttöä (Pariisin ilmastosopimus ja YK:n kestävän kehityksen tavoitteet). Yhtenä ratkaisuna ympäristöongelmiin on esitetty hiilidioksidin talteenottoa ja käyttöä. Tässä työssä tarkastellaan hiilidioksidin valmistusta polymeeristä ja minkälaisia ympäristövaikutuksia siihen liittyy. Polymeerien valmistus hiilidioksidista voidaan jakaa suoriin ja epäsuoriin menetelmiin. Suorissa menetelmissä hiilidioksidi polymeroidaan suoraan yhtenä monomeerina toisen monomeerin kanssa polymeeriksi, josta esimerkkinä on epoksidien ja hiilidioksidin välinen polymerisaatio. Epäsuorassa menetelmässä taas hiilidioksidi toimii monomeerin, kuten urean raaka-aineena, joka voidaan lopulta polymeroida polymeeriksi. Tässä työssä tutkittiin, minkälaiset ympäristövaikutukset hiilidioksidipohjaisilla polymeereillä on ja miten ne vertautuvat muihin polymeereihin. Työn tavoitteena oli kuvata erilaiset polymerointimenetelmät, joissa hyödynnetään hiilidioksidia raaka-aineena ja selvittää millaisia ympäristövaikutuksia näillä on. Lisäksi työssä kuvattiin yleisesti muovin tuotantoa ja ympäristöhaasteita, joita tuotantoon sisältyy.

Työn ensimmäisessä osassa selvitetään polymeerien käyttö ja jaottelu sekä kuvataan biopohjaisten polymeerien tuotantoa ja käyttöä. Seuraavassa osassa tarkastellaan tarkemmin polymeerin valmistusta hiilidioksidista, mitä eri menetelmiä on kehitetty ja miten ne voidaan jaotella. Hiilidioksidi on matalaenerginen ja inertti kaasu, jolloin valmistusprosessissa tarvitaan paljon energiaa ja tehokas katalyytti, jotta se saadaan reagoimaan. Myös katalyyttien käyttöä on kuvattu tässä työssä. Kolmannessa osassa tuodaan esille ympäristövaikutuksia, joita muovin tuotantoon ja erityisesti hiilidioksidi- ja biopohjaisiin muoveihin liittyy. Lisäksi kuvataan myös hiilidioksidin talteenottoon liittyviä ympäristövaikutuksia.

Eri tutkimusten ja elinkaarianalyysien kautta käy ilmi, että hiilidioksidin hyödyntäminen polymeerin raaka-aineena ei pelkästään tuo etuja ympäristön kannalta. Vaikka hiilipäästöt ovatkin pääasiassa pienemmät hiilidioksidipohjaisten polymeerien ja kemikaalien tuotannossa, vapautuu tuotannosta muita haitallisia päästöjä. Joissakin tutkimuksissa on myös selvinnyt, että tuotanto hiilidioksidipohjaisena vaatii enemmän materiaalien käyttöä kuin perinteinen fossiilisista raaka-aineista valmistettu tuote. Metanolin tuotannossa taas tarvitaan vetyä, mikä vaatii paljon energiaa. Tällä energiankäytöllä, on katsottu olevan merkittävä rooli ympäristövaikutuksiin, joita koko prosessilla on. Lisäksi yksi merkittävä ympäristöhaitta, mikä polymeereihin liittyy, on niiden hidas hajoaminen. Tällöin muovijätteestä tulee pitkän aikavälin ongelma, mikä näkyy esimerkiksi merien saastumisena muoviroskasta. Polymeerien kierrätys onkin nähty ympäristön kannalta hyödyllisenä myös biopohjaisten polymeerien tapauksessa.