Борьба с загрязнением пластиком ведется на нескольких фронтах. Одна из проблем этого материала в том, что он способен сохраняться в окружающей среде в течение длительного времени, а в некоторых случаях даже столетий. Изменяя процесс производства пластика, ученые надеются предложить его функциональные формы, которые быстро, безопасно и естественным образом разлагаются за короткое время. И недавние открытия предполагают, что в будущем это возможно.
Сегодня чаще всего пластмассы изготавливаются из химического вещества, полученного из нефти. Оно обрабатывается для образования прочных углеродных связей между отдельными мономерами, которые объединяются в длинные цепи, образуя полимер полипропилен. Таких процессов не происходит в природе, поэтому в естественной среде обитания таким связям очень трудно распасться.
Значительная часть исследований пластмасс сосредоточена на новых методах переработки, которые могут более эффективно разорвать эти цепи и позволить повторно использовать материал. При этом некоторые ученые стремятся создать пластик, который полностью перерабатывается, например, из натуральных материалов и со специальными ферментами, которые расщепляют материал после использования.
Рассказываем про пять самых многообещающих прорывах в сфере производства экологически чистого пластика.
Биопластик из древесного порошка: разлагается за 3 месяца
Команда из Йельского университета совместила древесный порошок и биоразлагаемый растворитель. В итоге, ученые превратили отходы с лесопильных заводов в суспензию органических полимеров и целлюлозы с водородными связями и переплетением на наноразмерном уровне. Затем, в ходе исследования, ученые отлили суспензию в виде биопласта.
После, ученые провели эксперимент. Они закапали листы биопластика в почву, где молекулярные связи начали распадаться за две недели, и полностью образцы разложились за три месяца. Биопластик также продемонстрировал высокую механическую прочность, стабильность при удерживании жидкостей и устойчивость к УФ-излучению.
В дополнение к быстрому разложению, биопластик также можно вернуть в его первоначальную суспензионную форму. Это позволяет извлекать и повторно использовать растворитель.
Исследование опубликовано в журнале Nature Sustainability.
Биопластик из отходов: биоразлагается за 12 месяцев
Ученые из Института производственных систем и технологий дизайна им. Фраунгофера в Германии использовали промышленные отходы в виде жиры, которые содержат большое количество остаточных минералов.
В камере ферментации генетически модифицированные бактерии метаболизировали эти минералы, превращая их в биополимер полигидроксибутират (polyhydroxybutyrate, PHB). Микробы хранили его в своих клетках в жидкой форме в качестве источника энергии.
Фраунгофер IPK / Энди Кинг
После того, как PHB был впоследствии растворился, ученые смешали его с запатентованными химическими добавками. С их помощью PHB быстро затвердевали. В результате получился полиэфир, полученный биологическим путем. Авторы разработки показали, что материал проявляет свойства, аналогичные свойствам полипропилена.
Также эксперименты показали, что, если сложный полиэфир на основе PHB поместить на обычную свалку, естественные микроорганизмы полностью разрушат его в течение 6-12 месяцев.
Встроенные ферменты разлагают материал за несколько дней
Ученые из Лаборатории Беркли разработали способ встраивать небольшие количества коммерческих ферментов непосредственно в сам пластик, чтобы материал разрушался сам по себе, где бы они ни оказался.
При этом, чтобы пластик оставался в стабильной форме, исследователи добавили в материал четырехмономерный статистический гетерополимер (RHP). Его задача — рассеивать ферменты на расстоянии нескольких нанометров друг от друга.
Калифорнийский университет в Беркли
В результате получается пластик, который остается стабильным при регулярном использовании, но начинает разрушаться только при контакте с компостной почвой или горячей водой. В ходе испытаний команда обнаружила, что замачивание пластика в воде при комнатной температуре в течение трех месяцев не привело к его разрушению — этот процесс запускается только при небольшом повышении температуры.
Калифорнийский университет в Беркли
Команда уже подала заявку на патент на новый разлагаемый пластик и основала стартап, чтобы помочь коммерциализировать его.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Биопластик на растительной основе: разрушается за 4 года
Компания NEC также работает над формами экологически чистого пластика и создала рецепт воздания материала, который долговечен, как и традиционный пластик, но гораздо более безопасен для окружающей среды. Новый материал NeCycle на 50% состоит из целлюлозы, полученной из несъедобных растений — древесины и соломы. Авторы разработки отмечают, что его можно использоваться для литья под давлением, как и обычные пластмассы.
Это дает ему те же характеристики, что и у обычных пластиков. При этом, при его создании не используются ископаемые ресурсы, а также он не загрязняет естественную среду, разлагаясь примерно за четыре года. В компании NEC заявили, что уже готова к массовому производству NeCycle.
Пластик распадается за неделю на солнечном свете
Исследователи из Китая создали новый вид пластика, который разлагается всего за неделю под воздействием солнечного света и кислорода.
Новый материал появился случайно, когда автор исследования Лян Ло из Китайского университета науки и технологий Хуачжун работал над усовершенствованным типом химического датчика. Ученый-материаловед разрабатывал новую полимерную пленку, которая меняла цвет в зависимости от уровня pH. Этот процесс был обусловлен уникальной молекулярной структурой материала: цепочки мономеров придают пленке темно-красный цвет и уносят его, когда эти связи разрываются.
В ходе экспериментов своей команды Луо обнаружил, что темно-красный цвет пленки быстро исчез, а сам материал разложился после нескольких дней нахождения на солнечном свете. Разрыв этих связей как раз является общей целью исследований по переработке пластмасс.
Пластик не подходит для использования в бутылках из-под газировки или сумках для покупок, поскольку под воздействием солнечного света и воздуха он быстро разлагается и полностью разлагается в течение недели. При этом не оставляя после себя разрушающих окружающую среду фрагментов микропластика. Где новый пластик пригодится, так это в гибкой электронике или смартфонах — там он будет изолирован от воздуха и света в течение всего срока службы.
Читать далее
Японские ученые представили метод перемещения предметов звуковыми волнами