Наша залежність від пластику стала величезною проблемою, саме тому дослідники з нетерпінням чекають на новий тип матеріалу – той, що має вбудовану здатність до біологічного розкладання завдяки спорам бактерій, які живуть всередині нього.
Новий пластик, що саморозкладається, поєднує в собі термопластичний поліуретан (ТПУ) і бактерії Bacillus subtilis, які були розроблені для того, щоб витримувати високі температури, притаманні виробництву пластику.
Неодноразово піддаючи спори бактерій підвищеному нагріванню, команда дослідників, що стояла за цією новою роботою, виявила, що бактерії зрештою можуть впоратися з температурою 135 градусів за Цельсієм (275 градусів за Фаренгейтом), необхідною для змішування бактеріальних спор і ТПУ разом.
Минулі спроби знайти способи швидкого розкладання пластику часто використовували бактеріальні ферменти та гриби з ґрунтів і компостних куп, де цих мікробів природно багато. Але для того, щоб новий матеріал почав розкладатися, потрібні лише спори бактерій всередині нього, пробуджені поживними речовинами та вологою.
“Примітно те, що наш матеріал розкладається навіть без присутності додаткових мікробів”, – говорить Джон Покорскі, вчений-полімерник з Університету Сан-Дієго (UC San Diego), який очолював команду дослідників.
“Швидше за все, більшість цих пластиків не потраплять до багатих на мікроби компостних установок. Тож ця здатність до саморозкладання в середовищі, вільному від мікробів, робить нашу технологію більш універсальною”.
Дослідження включало кілька важливих етапів, починаючи з вибору B. subtilis. Це тип бактерій, який раніше був пов’язаний з розщепленням пластику, і він може виживати в сплячому стані без звичайних запасів їжі та енергії.
Наступним етапом було тестування швидкості розкладання нового пластику: в ідеальних умовах компостування, які пробудили бактерії зі стану спокою, 90 відсотків пластику зникло за п’ять місяців. Були позитивні ознаки того, що певний рівень деградації може відбуватися і в менш ідеальних умовах.
Це може стати ключовим моментом в утилізації такого пластику, якщо його розроблятимуть на комерційній основі. Дослідження показують, що не всі “компостовані” пластики розкладаються так, як заявлено в рекламі.
Крім того, дослідники виявили, що спори бактерій не лише роблять пластик біорозкладним, але й роблять його міцнішим на 30 відсотків, а також збільшують його розтяжність.
“Обидві ці властивості значно покращуються лише завдяки додаванню спор, – каже Покорський. “Це чудово, тому що додавання спор виводить механічні властивості за межі відомих обмежень, де раніше існував компроміс між міцністю на розрив і розтяжністю”.
TPU широко використовується у всіх видах продукції, від корпусів телефонів до автомобільних деталей, але наразі не існує ефективного способу його переробки. Оскільки виробництво пластику зростає швидкими темпами, нам терміново потрібні способи обмежити його кількість, що потрапляє в навколишнє середовище.
Тут є багато можливостей для майбутніх досліджень: від того, щоб переконатися, що бактерії, які залишаються після розкладання, є нешкідливими, до експериментів з різними комбінаціями пластику та бактерій, а також масштабування всього процесу.
Інші дослідники тим часом намагаються створювати пластмаси, які не виготовляються з викопного палива, такого як сира нафта чи її похідні.
“Існує багато різних видів комерційних пластмас, які потрапляють у навколишнє середовище, і ТПУ – лише один з них”, – говорить Адам Фейст, біоінженер з Університету Сан-Дієго.
“Один з наших наступних кроків – розширити спектр біорозкладних матеріалів, які ми можемо виробляти за допомогою цієї технології”.
