Wyobraź sobie taki plastik: twardszy niż zwykłe tworzywa sztuczne, niepalny, a nawet posiadający właściwości samonaprawiające. Ale to nie wszystko! Można go wytwarzać w temperaturze pokojowej w wodzie, co jest bardzo energooszczędne i nie wymaga toksycznych rozpuszczalników. Przed stwardnieniem możesz nadać plastikowi dowolny kształt – na przykład gumę do żucia. Dodając wodę, można ją również w dowolnym momencie przekształcić z powrotem w formę „gumy do żucia”, zmienić jej kształt, a tym samym poddać recyklingowi tak często, jak jest to pożądane.
Czy to niemożliwe? Nie, nie jest! W 2016 roku zespół badawczy skupiony wokół chemika z Konstancji, Helmuta Cölfena, zaprezentował właśnie taki materiał – mineralne tworzywo sztuczne. Jednak mimo że tworzywo sztuczne, dzięki nowatorskiemu procesowi wytwarzania i wyjątkowym właściwościom materiału, wzbudziło od tamtej pory duże zainteresowanie przemysłu, z punktu widzenia chemików z Konstancji nadal miało jedną zasadniczą wadę: ze względu na swój skład chemiczny trudno było biodegradować.
Nowy składnik zapewniający większą zgodność ze środowiskiem
„Wcześniej do produkcji naszego mineralnego tworzywa sztucznego używaliśmy kwasu poliakrylowego. Z chemicznego punktu widzenia kwas ten ma ten sam szkielet co polietylen, o którym wiadomo, że powoduje poważne problemy dla środowiska, ponieważ trudno ulega biodegradacji” — wyjaśnia Cölfen. Zespół badawczy kierowany przez Cölfena i Ileshę Avasthi, postdoc w laboratorium Cölfena, rozpoczął zatem pracę w poszukiwaniu alternatywnego podstawowego elementu budulcowego do opracowania przyjaznego dla środowiska mineralnego tworzywa sztucznego, które zachowuje intrygujące właściwości oryginalnego materiału. I znaleźli to, czego szukali.
W swojej obecnej publikacji w czasopiśmie Small Methods chemicy z Konstancji przedstawiają następną generację swoich mineralnych tworzyw sztucznych. Zamiast składników na bazie ropy naftowej, takich jak kwas poliakrylowy, używają teraz kwasu poliglutaminowego. Ten naturalny biopolimer jest łatwo dostępny w dużych ilościach i można go nawet uzyskać w sposób zrównoważony, na przykład z produkcji biotechnologicznej przy użyciu mikroorganizmów. Różnorodne mikroorganizmy, które już istnieją w środowisku, mogą rozkładać kwas poliglutaminowy.
„Nasze nowe tworzywo mineralne ma te same pozytywne właściwości co poprzednie, ale ma tę decydującą zaletę, że jego podstawowy budulec – kwas poliglutaminowy – może być wytwarzany przy pomocy mikroorganizmów i jest całkowicie biodegradowalny” – mówi Helmut Cölfen.
Wsparcie biologów
Aby udowodnić, że ta biodegradowalność dotyczy również samego nowego tworzywa mineralnego, a nie tylko jego poszczególnych składników, chemicy pozyskali wsparcie Davida Schlehecka i doktora habilitowanego Harry’ego Lernera z Wydziału Biologii Uniwersytetu w Konstancji. „Helmut Cölfen stworzył w swoim laboratorium nowy rodzaj mineralnego tworzywa sztucznego, a naszym zadaniem było teraz sprawić, by ponownie zniknął z pomocą mikroorganizmów” – mówi z uśmiechem Schleheck.
W eksperymentach z degradacją biolodzy byli w stanie wykazać, że mikroorganizmy znalezione na przykład w glebie leśnej zaczęły metabolizować mineralny plastik już po kilku dniach. Po zaledwie 32 dniach mikroorganizmy całkowicie rozłożyły plastik. Tak więc naukowcom udało się stworzyć mineralne tworzywo sztuczne ze wszystkimi jego pozytywnymi właściwościami materiałowymi, teraz również zrównoważone i biodegradowalne.