Zanieczyszczenia plastikiem jest jednym z największych problemów środowiskowych. Zgodnie z badaniami z 2015 roku, w światowych wodach pływa blisko 150 milionów ton plastikowych odpadów, a najnowsze szacunki pokazują, że w 2040 roku będzie to już 600 mln ton. Każdego roku do mórz i oceanów trafia średnio 8 mln ton plastiku.
Recykling i odzyskiwanie tworzyw sztucznych to wciąż nasz pięta Achillesowa. Naukowcy od dawna szukają rozwiązania, które pozwoli skutecznie walczyć z plastikowymi odpadami, a nadzieją na sukces jest najnowszy wynalazek naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley w Stanach Zjednoczonych. Zespół pod kierunkiem profesor Ting Xu ogłosił, że z powodzeniem stworzył materiał, który może prawie całkowicie ulegać biodegradacji w łatwych do osiągnięcia warunkach, jak wysoka temperatura lub zanurzenie w wodzie.
Aby stworzyć innowacyjny materiał, naukowcy osadzili specjalne cząsteczki w tworzywie sztucznym wykonanym z biodegradowalnych polimerów – polilaktydu (inaczej polikwasu mlekowego, PLA) i polikaprolaktonu (PCL). Polimery te są już powszechnie stosowane w kompostowalnych tworzywach sztucznych. Zastosowane „specjalne cząsteczki” to enzymy, które mają zdolność degradacji tworzywa sztucznego i przekształcania go w kwas mlekowy, o ile zostaną spełnione odpowiednie warunki.
Enzymy zostały otoczone polimerami, a następnie umieszczone we włóknach plastiku. Nie zmieniły one właściwości materiału, który nadal mógł być stosowany tak, jak zwykły poliestrowy plastik. Ale gdy wystawimy „nowy plastik” materiał na działanie ciepła i wody – ulegnie on niemal całkowitej biodegradacji.
PCL prawie całkowicie rozłożył się w ciągu 36 godzin w wodzie o temperaturze 40° C. (fot. Christopher DelRe, UC Berkeley)
Autorzy badań podają, że powstały w ten sposób zmodyfikowany PLA w temperaturze 50°C uległ degradacji w ciągu sześciu. W przypadku PCL potrzebna była temperatura 40°C, a rozkład trwał dwa dni. Metoda ta umożliwia biodegradację 98 procent plastiku i nie pozostawiła opadów w postaci cząsteczek mikroplastiku.
– Ludzie są obecnie przygotowani do przejścia na biodegradowalne polimery w jednorazowych tworzywach sztucznych, ale jeśli okaże się, że stwarza to więcej problemów niż daje zysku, polityka może się cofnąć. Zasadniczo możemy powiedzieć, że jesteśmy na dobrej drodze. Możemy rozwiązać problem polegający na tym, że tworzywa sztuczne jednorazowego użytku nie są biodegradowalne – wyjaśnia starsza autorka badań, profesor Ting Xu.
Zespół zapewnia również, że zmodyfikowany poliester nie ulega degradacji w niskich temperaturach ani podczas krótkich okresów zawilgocenia. Oznacza to, że np. odzież z tego materiału mogłaby być bezpiecznie prana w niskich temperaturach, nie zaszkodziłby jej także pot. Podobnie bezpiecznie powinno być przechowywanie napojów w opakowaniach ze zmodyfikowanych tworzyw.
Aby to zbadać naukowcy przechowywali próbki stworzonych tworzyw w temperaturze pokojowej przez trzy miesiące. Produkt praktycznie nie uległ zmianie.
Badacze sprawdzili też, czy możliwe jest kompostowanie nowych tworzyw w wodzie. – Okazuje się, że zwykłe kompostowanie to za mało. Ludzie chcą kompostować odpady w swoim domu bez brudzenia rąk, chcą kompostować w wodzie, więc musieliśmy to zbadać – wyjaśnia Xu.
Do sprawdzenia tej właściwości naukowcy użyli zwykłej ciepłej wody z kranu. Okazało się, że wystarczy podgrzać ją do odpowiedniej temperatury, a w naczyniu z wodą umieścić odpady z nowego tworzywa. Mogą rozłożyć się nawet w ciągu 36 godzin.
Xu i jej zespół badają teraz zastosowanie tej metody modyfikacji w innych rodzajach tworzyw sztucznych. Chcą także opracować metodę większej kontroli nad poziomem biodegradowalności tak, aby plastik mógł częściowo ulegać biodegradacji, a resztę można było poddać recyklingowi.
– Milenialsi powinni o tym pomyśleć i rozpocząć debatę, która zmieni sposób, w jaki komunikujemy się z Ziemią. Spójrz na wszystkie zmarnowane rzeczy, które wyrzucamy: ubrania, buty, elektronikę. Odbieramy zasoby Ziemi w szybszym tempie, niż możemy je zwrócić – podsumowuje Xu.
Źródło: IFL Science