décembre 14, 2021

La route de la régénération | Informations SAP

L'humanité a maintenant besoin de plus d'une Terre pour satisfaire ses demandes de ressources – mais des matériaux alternatifs durables peuvent inverser notre surextension de la capacité de la planète.

Par Dan Wellers, Fawn Fitter , Emily Acton

Des bouteilles en plastique aux briques et au béton qui composent nos bâtiments et nos routes, les matériaux déterminent la forme et la fonction de tout ce que nous vivons dans le monde qui nous entoure et de chaque produit que nous utilisons pour accomplir nos besoins.

Cependant, la façon dont nous produisons et utilisons actuellement les matériaux est si gaspilleuse et toxique que nous dégradons la planète au-delà de sa capacité à se réparer, avec tout ce que cela implique pour la survie de l'humanité. En 2021, le « Earth Overshoot Day », le jour où les humains utilisent plus de ressources naturelles que la planète ne peut en régénérer en un an, est arrivé le 29 juillet plus tôt que jamais. En d'autres termes, l'humanité a maintenant besoin de 1,7 Terre juste pour satisfaire ses demandes.

Cette situation n'est pas seulement insoutenable ; il altère en permanence notre environnement. Le poids de chaque chose fabriquée par l'homme qui existe, des plus gros navires océaniques aux plus petits composants électroniques, équivaut désormais à toute la biomasse vivante combinée. Si les tendances actuelles se poursuivent, cette « masse anthropique » dépassera le monde naturel par trois d'ici 2040. Et la production de toute cette activité humaine a un impact environnemental négatif disproportionné par rapport à sa taille : nous produisons plus de 350 millions de tonnes métriques de polymères synthétiques (plastiques) chaque année, mais 76 % de tout le plastique jamais produit est inutilisé dans les décharges, flottant dans les océans et souillé l'environnement naturel.

Mais il y a de l'espoir pour un avenir plus durable. Les chercheurs et les entreprises innovantes repensent les matériaux que les entreprises utilisent tout au long de leurs opérations. Ils comprennent que nous ne pouvons plus séparer la façon dont les matériaux sont utilisés de la façon dont ils sont obtenus et éliminés. Ils créent donc de meilleures alternatives pour les besoins existants, conçoivent des matériaux pour faire plus que ce qui est actuellement possible et inventent des matériaux moins nocifs. à la planète et même aider activement à régénérer les écosystèmes naturels. chaînes, nous devons trouver des alternatives durables qui fonctionnent au moins aussi bien, sinon mieux. Après tout, il existe tellement de plastique parce qu'il est léger, durable, relativement peu coûteux et peut être utilisé de multiples façons. utilisation des matériaux. De nombreuses possibilités émergent pour développer des bioplastiques durables mais biodégradables. Une approche consiste à détourner les déchets alimentaires, avec des expériences prometteuses impliquant protéine de lactosérum écorces d'agrumes feuilles de mangue coquilles de homard l'huile de poisson provenant des déchets de traitement du saumon et les sous-produits de l'huile de soja. D'autres sources de biopolymères proviennent d'au-delà de la plaque et du garde-manger, comme la cellulosequi constitue les parois cellulaires des plantes, et le mycéliumle réseau racinaire des champignons. Il existe même une entreprise qui broie de la pierre pour en extraire le carbonate de calcium l'un des minéraux les plus répandus au monde, et l'utilise pour remplacer jusqu'à 80 % du plastique des sacs de chips, des emballages de bonbons et d'autres emballages. il se dégrade donc en mois au lieu de siècles.

Un autre matériau qui doit être fabriqué de manière plus durable est le béton. Traditionnellement, le béton est fabriqué en liant du gravier et du sable fin avec une pâte de ciment (constitué de calcaire et de cendres qui ont été brûlés ensemble et broyés) et d'eau. Sa résistance et sa durabilité font du béton le matériau fabriqué par l'homme le plus largement utilisé sur la planète, mais sa fabrication consomme environ 10 % de l'eau utilisée dans le monde pour les activités industrielles et commerciales et émet environ 8 % du CO mondial. ₂ émissions. Mais les chercheurs ont découvert que remplacer jusqu'à la moitié du sable, dont la production est coûteuse et à forte intensité de carbone, par des déchets d'argile extraits lors des travaux d'excavation permet d'obtenir un super béton à la fois plus résistant et détournant les matériaux de construction. des décharges. Une autre nouvelle approche du béton consiste à combiner un liant à base de chaux avec des plantes de chanvre à croissance rapide pour créer un « béton de chanvre » renouvelable, qui pèse huit fois moins que le béton standard et qui est idéal pour les utilisations non structurelles comme les bordures. ou des trottoirs.

Il y a amplement de place pour repenser d'autres matériaux de constructionainsi que la façon de les utiliser pour concevoir des bâtiments avec une empreinte écologique plus faible. Les alternatives biosourcées renouvelables aux matériaux de construction standard pourraient inclure une isolation en nanocellulose qui est plus résistante et plus efficace que la mousse de polystyrène, du bois transparent retenant la chaleur fabriqué avec des déchets d'écorce d'agrumes, et conçu des produits du bois aussi solides, stables, sûrs et polyvalents que le béton et l'acier. Il existe également des panneaux de construction légers, flexibles et sans émissions fabriqués à partir de cellulose extraite de déchets de recyclage de papier qui seraient autrement jetés, et de bois de chanvre qui a été bio-conçu pour être aussi durable que chêne, mais pour pousser 100 fois plus vite. Et la nanotechnologie a permis l'utilisation de matériaux de construction à base de graphène qui améliorent la protection solaire, détournent le vent, tuent les germes, etc., améliorant activement l'environnement immédiat des bâtiments.

En plus d'un abri, nous avons besoin de vêtements, de meubles. , et la literie. Mais les textiles et les tissus sont souvent non durables. Si l'industrie de la mode continue ses pratiques actuelles, elle créera estimé 148 millions de tonnes de déchets d'ici 2030, soit 38,5 livres (17,5 kilogrammes) de déchets pour chaque personne sur la planète. Nous aurons besoin d'alternatives écologiques qui créent moins de déchets pendant la production, comme le chanvre à croissance rapide comme substitut du coton ou le cuir artificiel fait de fibres de mycélium.

D'autres industries repensent également l'utilisation des matériaux. Prenez aérospatialepar exemple. Des chercheurs ont récemment annoncé qu'ils avaient développé un nouvel aérogel qui, bien qu'il ne soit pas lui-même fabriqué à partir de matériaux particulièrement écologiques, est si léger qu'il réduirait considérablement la consommation de carburant de la prochaine génération d'avions – tout en réduisant la pollution sonore du moteur, aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur de la cabine. Un autre développement récent dans la construction implique une peinture ultra-blanche si efficace pour refléter la lumière du soleil et la chaleur infrarouge qu'elle rend les surfaces plus froides que leur environnement. Les scientifiques qui l'ont développé spéculent que donner aux bâtiments une couche de peinture légère et hyper blanche pourrait être suffisant pour réduire considérablement le besoin d'une climatisation gourmande en électricité.

Nous transformerons également plus de déchets en valeur en capturant le carbone éructé des cheminées. En le transformant en encres noiresen peintures et en revêtements, ou en l'incorporant dans des dalles de moquette qui utilisent également du vinyle recyclé, des déchets végétaux et du nylon récupéré, nous pouvons créer des produits durables qui se déplacent les gaz à effet de serre de l'atmosphère pendant des années, voire des décennies.

Trouver des matériaux plus durables pour nos besoins actuels n'est que le début. Les scientifiques des matériaux vont plus loin en créant et en utilisant des matériaux qui étendent ce qui est possible. .

Matériaux avec un potentiel futur

Au fur et à mesure que nous étudions les propriétés de matériaux plus renouvelables, nous leur trouverons des utilisations qui ne sont pas possibles avec les matériaux que nous connaissons aujourd'hui.

Par exemple, lorsque certains océans communs les bactéries mangent une combinaison de gélatine et de sable, elles se transforment en une masse de béton vivant qui peut se réparer et se reproduire. Ce matériau est prometteur pour la reconstruction après les catastrophes et la fourniture d'abris rapidement dans des conditions difficiles. Les scientifiques pensent qu'ils pourraient même lui apprendre à fabriquer de l'oxygène et de l'eau, ce qui serait utile dans des environnements difficiles – pas seulement sur Terre, mais sur d'autres planètes, si la NASA réalisait son intention d'envoyer des équipages pour coloniser Mars, par exemple. De même, les chercheurs travaillent à la fabrication de matériaux de construction et d'outils en combinant la chitine, un biopolymère produit par des champignons et des insectes, avec d'autres matériaux qui sont facilement disponibles.

Les plantes inspireront également. nouvelles propriétés matérielles. Un textile léger et respirant fait de fibres de cellulose et d'algues pourrait être capable d'infuser des nutriments par contact avec la peau, pour des vêtements qui nourrissent la personne qui le porte. Un démarreur de thé kombucha génétiquement adapté capable de détecter les polluants et de produire des enzymes phosphorescentes pourrait potentiellement être un biocapteur respectueux de l'environnement indiquant qu'un emballage a été falsifié. Les plantes infusées de nanoparticules qui transforment l'énergie de la photosynthèse en lumière pourraient remplacer les appareils d'éclairage par un éclairage ambiant hors réseau qui rafraîchit également l'air.

De plus, les chercheurs créent en partie des produits organiques et non organiques . ]animer des matériaux capables de détecter et de s'adapter à leur environnement. Les bâtiments fabriqués à partir de ces matériaux seraient capables de récupérer la lumière, l'eau, la chaleur, les bactéries, les gaz à effet de serre et les biodéchets de leur environnement et de leurs habitants, puis d'utiliser ces ressources pour s'entretenir et se réparer tout en générant des extrants utiles comme l'électricité, l'oxygène, la chaleur et eau potable. Les équipements des installations industrielles pourraient être fabriqués à partir de plastiques auto-réparants et de revêtements d'auto-diagnostic qui simplifient la maintenance. Les produits pourraient être programmés pour se désassembler d'eux-mêmes en fin de vie afin que leurs composants de base puissent être recyclés ou réutilisés. Même les vêtements pourraient être fabriqués avec des matériaux animés qui réagissent aux signes vitaux des gens pour les maintenir à l'aise ou détecter une éventuelle maladie.

Régénération : La prochaine frontière

À la recherche de un avenir de matériaux durables, le résultat final pourrait être un large virage vers des matériaux qui ne sont pas seulement à faible impact, mais qui régénèrent activement l'environnement et les systèmes dont ils font partie. Cela pourrait signifier concevoir des matériaux qui se maintiennent, restaurent les nutriments dans l'environnement au fur et à mesure qu'ils se décomposent, ou éliminent activement les déchets existants de l'environnement au fur et à mesure qu'ils sont créés. Des chercheurs néerlandais ont récemment mélangé des microalgues avec de la cellulose bactérienne pour créer un « matériau vivant » qui peut être imprimé en 3D dans des objets robustes et biodégradables qui se maintiennent et se régénèrent grâce à la photosynthèse. Une application potentielle concerne les feuilles artificielles qui, avec de l'eau et du CO₂émettent de l'oxygène et stockent de l'énergie sous forme de sucres pouvant être récoltés comme combustible.

Des matériaux vivants comme celui-ci pourraient également être transformés en peau artificielle qui accélère la guérison en inondant un site de plaie d'oxygène avant de se dissoudre – ou un tissu qui nécessite moins d'eau que le coton pour produire, purifie l'air par photosynthèse, et restitue les nutriments à l'environnement lorsqu'il se biodégrade.

Les personnes qui préfèrent des vêtements de sport moins littéraux peuvent choisir à la place de porter des textiles fabriqués à partir de déchets agricoles recyclés et qui se décomposent en fin de vie pour restituer les nutriments à l'environnement. Selon le projet Reflow de l'UE, ces vêtements pourraient provenir de feuilles d'ananas eau de noix de cocoou de coquilles de crustacés combinées avec des sous-produits d'agrumes ou marc de café.

Lorsque vient le temps d'emballer tous ces produits, nous pouvons alimenter des bactéries affamées avec des boues d'épuration et des eaux usées agricoles, qui les excrètent sous forme de biopolymères pouvant être transformés en plastiques biodégradables. L'approvisionnement en plastique de cette manière pourrait éliminer une quantité importante de boues d'épuration des décharges – l'équivalent de 2 500 piscines olympiques sont produites chaque année aux États-Unis seulement – et lorsque ces bioplastiques se dissolvent ou sont recyclés en leurs composants individuels, nous pouvons les réutiliser, recycler , et réformer ces composants en matériaux plus durables.

L'avenir des matériaux ne consiste pas seulement à rendre les articles fabriqués par l'homme plus durables ou à les concevoir de manière à ce qu'ils puissent être recyclés ou retirés avec moins de dommages pour l'environnement. C'est un paradigme fondamentalement différent. En fin de compte, l'avenir des matériaux nous oblige à abandonner notre système non durable d'extraction, de traitement, de consommation et d'élimination des ressources en faveur d'un système où nos matériaux restaurent et/ou réparent les dommages que nous avons causés à la planète.

Dans d'autres. mots, il ne suffit pas de prendre le mauvais chemin plus lentement. Nous devons emprunter une voie différente, une voie qui améliore réellement la qualité de vie de l'humanité et de tous les autres êtres vivants.