Nowy materiał opracował zespół naukowców z Shenzhen Institute of Synthetic Biology działającego przy Chińskim Uniwersytecie w Hongkongu. Badanie opublikowano na łamach czasopisma „ACS Applied Polymer Materials”. Kluczowym elementem projektu stały się zarodniki bakterii Bacillus subtilis wbudowane bezpośrednio w strukturę tworzywa.
Naukowcy wykorzystali polikaprolakton, czyli biodegradowalny poliester znany pod skrótem PCL. Sam materiał jest już stosowany m.in. w medycynie, implantach czy biodegradowalnych opakowaniach, ale chiński zespół poszedł o krok dalej. Do wnętrza plastiku wprowadzono specjalnie zmodyfikowane bakterie zdolne do produkowania enzymów rozkładających polimery.
W praktyce oznacza to, iż materiał zachowuje się jak zwykły plastik podczas użytkowania. Jest elastyczny, odporny i trwały. Dopiero po aktywacji rozpoczyna się proces biologicznego rozkładu. Po kontakcie z wodą lub specjalnym aktywatorem zaczyna się rozkładać, a po kilku dniach znika całkowicie.
Główna autorka badania Zhuojun Dai tłumaczyła, iż inspiracją dla zespołu była ogromna dysproporcja między czasem użytkowania opakowań a okresem ich rozkładu w środowisku. „Tradycyjne tworzywa sztuczne utrzymują się przez setki lat, mimo iż wiele produktów wykorzystujemy przez kilka minut lub godzin” – wyjaśniła badaczka.
Rozkład plastiku w sześć dni bez mikroplastiku
Największą różnicą względem dotychczasowych biodegradowalnych tworzyw jest sposób degradacji materiału. Wiele w tej chwili stosowanych „ekoplastików” rozpada się na drobne fragmenty lub wymaga przemysłowych kompostowni oraz bardzo konkretnych warunków temperatury i wilgotności.
Chiński projekt ma działać inaczej. Po podgrzaniu materiału do około 50 stopni Celsjusza w specjalnym roztworze bakterie wybudzają się ze stanu uśpienia. Następnie zaczynają produkować dwa enzymy współpracujące ze sobą przy rozpadzie plastiku.
Pierwszy rozcina długie łańcuchy polimerowe na mniejsze fragmenty. Drugi rozbija je dalej do poziomu prostych związków chemicznych, które bakterie mogą następnie wykorzystać jako źródło energii i „skonsumować”.
Efekt końcowy ma być wyjątkowo istotny z punktu widzenia środowiska. Materiał nie pozostawia po sobie mikroplastiku, który w tej chwili uznawany jest za jedno z największych zagrożeń ekologicznych XXI wieku. Według danych Programu Środowiskowego Organizacji Narodów Zjednoczonych każdego roku do oceanów trafia choćby ponad 11 mln ton plastikowych odpadów. Znaczna część rozpada się właśnie na mikrodrobiny obecne później w wodzie pitnej, rybach, glebie, a choćby ludzkiej krwi.
Badacze twierdzą, iż ich materiał ulega całkowitemu rozkładowi w ciągu około sześciu dni.
Plastikowe butelki bez segregowania odpadów
Choć technologia znajduje się jeszcze na etapie laboratoryjnym, kierunek rozwoju jest już jasno określony. Naukowcy wskazują przede wszystkim na jednorazowe opakowania, w tym butelki po napojach, folie oraz opakowania spożywcze.
To właśnie opakowania jednorazowe stanowią dziś ogromną część globalnego problemu odpadowego. Według OECD światowa produkcja plastiku przekroczyła 460 mln ton rocznie, a ilość odpadów plastikowych od początku XXI wieku podwoiła się. Jednocześnie mniej niż 10 proc. plastiku poddawane jest skutecznemu recyklingowi.
Nowa technologia mogłaby częściowo zmniejszyć problem segregacji oraz zalegania odpadów na wysypiskach. W teorii wystarczyłoby uruchomienie procesu aktywacji po wykorzystaniu opakowania. Badacze pracują nad rozwiązaniem, które pozwoliłoby aktywować rozkład przy pomocy samej wody lub wilgoci.
To ważne, ponieważ ogromna część plastikowych śmieci trafia właśnie do środowiska wodnego. jeżeli materiał reagowałby na kontakt z wodą po zakończeniu użytkowania, mógłby ograniczyć ilość odpadów pozostających przez dziesięciolecia w rzekach i oceanach.
Problem mikroplastiku coraz większym zagrożeniem
W ostatnich latach naukowcy coraz częściej alarmują, iż mikroplastik obecny jest praktycznie wszędzie. Drobiny tworzyw wykrywano już w ludzkich płucach, łożyskach, krwi oraz tkankach serca. Badania prowadzone m.in. przez naukowców z University of Newcastle wskazywały, iż przeciętny człowiek może spożywać choćby kilka gramów mikroplastiku tygodniowo.
Jednocześnie państwa na całym świecie próbują ograniczać ilość plastikowych odpadów poprzez systemy kaucyjne, zakazy jednorazowych produktów czy obowiązek recyklingu. Unia Europejska wprowadza kolejne przepisy dotyczące ograniczenia zużycia plastiku oraz zwiększenia odzysku surowców.
„Żywy plastik” mógłby stać się alternatywą dla części obecnych rozwiązań, choć eksperci podkreślają, iż droga do komercyjnego wdrożenia będzie jeszcze długa. najważniejsze okażą się kwestie bezpieczeństwa biologicznego, kosztów produkcji oraz możliwości zastosowania technologii na skalę przemysłową.
Rewolucja w opakowaniach jednorazowych coraz bliżej
Naukowcy podkreślają, iż dotychczas nie udało się stworzyć materiału, który jednocześnie byłby trwały podczas użytkowania i zdolny do szybkiego, pełnego rozkładu po zakończeniu swojego „życia”. Właśnie dlatego chińskie badania wzbudziły tak duże zainteresowanie środowiska naukowego.
Na razie eksperymenty prowadzono m.in. na elastycznych elektrodach noszonych, ale kolejnym etapem mają być opakowania konsumenckie. jeżeli technologia zostanie rozwinięta i dostosowana do masowej produkcji, może całkowicie zmienić rynek jednorazowych butelek oraz sposób gospodarowania odpadami.
Dla producentów oznaczałoby to możliwość tworzenia opakowań, które nie pozostają w środowisku przez setki lat. Dla konsumentów — potencjalny koniec problemu z zalegającymi plastikowymi śmieciami i mikroplastikiem.
