Biodegradacja plastiku w kilka dni? To możliwe
CanvaW jaki sposób można zaprojektować tworzywa sztuczne, aby zachowały swoje pożądane właściwości, a jednocześnie mogły być skuteczniej poddawane recyklingowi? Te i inne pytania dotyczące ekologiczności są przedmiotem zainteresowania chemika Stefana Meckinga i jego grupy badawczej na Uniwersytecie w Konstancji. W artykule opublikowanym w międzynarodowym wydaniu Angewandte Chemie zespół przedstawił nowy poliester, który wykazuje atrakcyjne dla przemysłu właściwości materiałowe, a jednocześnie jest przyjazny dla środowiska.
Tworzywa sztuczne zbudowane są z długich łańcuchów jednego lub kilku podstawowych modułów chemicznych, tzw. monomerów. Te wyróżniające się wysoką krystalicznością i wodoodpornością są bardzo odporne mechanicznie i stabilne i dlatego znajdują szerokie zastosowanie. Dobrze znanym przykładem jest polietylen o wysokiej gęstości (HDPE), którego podstawowe moduły składają się z niepolarnych cząsteczek węglowodorów.
Chemiczne „punkty pęknięcia”
To, co z jednej strony może być korzystne, z drugiej może mieć negatywne skutki: Recykling takich tworzyw sztucznych i odzyskiwanie podstawowych modułów jest bardzo energochłonne i nieefektywne. Ponadto, jeśli takie tworzywa przedostaną się do środowiska, proces degradacji jest niezwykle długi.
Aby przezwyciężyć niezgodność między stabilnością a biodegradowalnością tworzyw sztucznych, Mecking i jego zespół umieścili chemiczne „punkty pęknięcia” w swoich materiałach. Pokazali już, że znacznie poprawia to możliwość recyklingu tworzyw sztucznych podobnych do polietylenu. Jednak dobra biodegradowalność nie jest automatycznie gwarantowana.
– Tworzywa sztuczne często uzyskują wysoką sprężystość, ponieważ są uporządkowane w gęsto upakowane struktury krystaliczne – wyjaśnia Mecking. – Krystalizację w połączeniu z hydrofobowością zazwyczaj silnie spowalnia proces biodegradacji, gdyż utrudnia mikroorganizmom dostęp do miejsc pękania. Nie dotyczy to jednak nowego plastiku naukowców.
Nowe tworzywo sztuczne, poliester-2,18, składa się z dwóch podstawowych modułów: krótkiej jednostki diolu z dwoma atomami węgla i kwasu dikarboksylowego z 18 atomami węgla. Oba moduły można łatwo pozyskać ze zrównoważonych źródeł. Na przykład materiał wyjściowy do kwasu dikarboksylowego, który jest głównym składnikiem tworzywa sztucznego, pochodzi ze źródła odnawialnego.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Właściwości poliestru przypominają właściwości HDPE: ze względu na swoją krystaliczną strukturę wykazuje on zarówno stabilność mechaniczną, jak i odporność na temperaturę. Co więcej, pierwsze eksperymenty dotyczące możliwości recyklingu wykazały, że w stosunkowo łagodnych warunkach podstawowe moduły tego materiału można odzyskać.
Nowe tworzywo, nowe możliwości
Nowe tworzywo ma też inną, dość nieoczekiwaną właściwość: pomimo wysokiej krystaliczności są biodegradowalne, co wykazały eksperymenty laboratoryjne z naturalnymi enzymami oraz testy w przemysłowej kompostowni. W ciągu kilku dni w eksperymencie laboratoryjnym poliester został rozłożony przez enzymy. Mikroorganizmy z kompostowni potrzebowały około dwóch miesięcy, więc ten plastik spełnia nawet normy kompostowania ISO.
– My również byliśmy zdumieni tą szybką degradacją – mówi Mecking. – Oczywiście nie możemy przenieść wyników z kompostowni jeden do jednego na żadne możliwe warunki środowiskowe. Potwierdzają one jednak, że ten materiał rzeczywiście ulega biodegradacji i wskazują, że jest znacznie mniej trwały niż tworzywa sztuczne, takie jak HDPE, gdyby przypadkowo zostały uwolnione do środowiska.
Zarówno możliwość recyklingu tego poliestru, jak i jego biodegradowalność w zmiennych warunkach środowiskowych należy teraz dalej badać. Mecking widzi możliwe zastosowania tego nowego materiału m.in. w druku 3D lub w produkcji folii opakowaniowych. Ponadto istnieją dalsze obszary zainteresowania, w których pożądane jest połączenie krystaliczności z możliwością recyklingu i degradacją ścieranych cząstek lub podobną utratą materiału.
Źródło: University of Konstanz
