Tworzywa sztuczne, obecnie wszechobecne we współczesnym świecie, stały się rosnącym zagrożeniem dla zdrowia ludzi i środowiska. Na całej planecie dowody na zanieczyszczenie plastikiem rozciągają się od toreb na zakupy w głębinach morskich po mikrodrobiny plastiku w naszych zapasach żywności, a nawet we krwi.
Poszukując rozwiązań przeciwdziałających wzrostowi ilości plastikowych śmieci, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowali nowe biodegradowalne materiały, które mają zastąpić konwencjonalnie używany plastik. Po udowodnieniu, że ich pianki poliuretanowe ulegają biodegradacji w kompostach lądowych, interdyscyplinarny zespół naukowców, w tym biolog Stephen Mayfield z UC San Diego oraz chemicy Michael Burkart i Robert „Skip” Pomeroy, wykazał, że materiał ulega biodegradacji w wodzie morskiej. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Science of the Total Environment.
Naukowcy pracują nad rozwiązaniem problemu zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi, określanego obecnie jako globalny kryzys środowiskowy. W 2010 roku naukowcy oszacowali, że 8 miliardów kilogramów plastiku przedostaje się do oceanu w ciągu jednego roku, przy czym przewidywana jest gwałtowna eskalacja do 2025 roku. Po dostaniu się do oceanu odpady z tworzyw sztucznych zakłócają ekosystemy morskie, migrują do centralnych miejsc i tworzą wiry śmieci, takie jak Wielka Pacific Garbage Patch, który zajmuje obszar ponad 1,6 miliona kilometrów kwadratowych. Te tworzywa sztuczne nigdy nie ulegają degradacji, ale raczej rozpadają się na coraz mniejsze cząsteczki, ostatecznie stając się mikroplastikami, które utrzymują się w środowisku przez wieki.
Współpracując ze współautorką badania, Samanthą Clements, biolożką morską i nurkiem naukowym w Scripps Institution of Oceanography, naukowcy z UC San Diego przeprowadzili serię testów swoich biodegradowalnych materiałów poliuretanowych – obecnie używanych jako pianki w pierwszych dostępnych na rynku butach biodegradowalnych (sprzedawanych przez firma spin-off o nazwie Blueview) — w Scripps’ Ellen Browning Scripps Memorial Pier i Experimental Aquarium. Lokalizacja molo zapewniła naukowcom dostęp i niepowtarzalną okazję do przetestowania materiałów w naturalnym ekosystemie przybrzeżnym, czyli w dokładnie takim środowisku, w którym najprawdopodobniej trafią nieuczciwe tworzywa sztuczne.
Zespół odkrył, że różne organizmy morskie kolonizują się na piance poliuretanowej i rozkładają materiał z powrotem do wyjściowych związków chemicznych, które są konsumowane jako składniki odżywcze przez te mikroorganizmy w środowisku oceanicznym. Dane z badania sugerują, że mikroorganizmy, mieszanka bakterii i grzybów, żyją w naturalnym środowisku morskim.
„Niewłaściwe usuwanie plastiku w oceanie rozkłada się na mikrodrobiny plastiku i stało się ogromnym problemem środowiskowym” – powiedział Mayfield, profesor w School of Biological Sciences i dyrektor Kalifornijskiego Centrum Biotechnologii Alg. „Pokazaliśmy, że absolutnie możliwe jest wytwarzanie wysokiej jakości produktów z tworzyw sztucznych, które również mogą ulegać degradacji w oceanie. Przede wszystkim plastik nie powinien trafiać do oceanu, ale jeśli tak się stanie, ten materiał staje się pokarmem dla mikroorganizmów, a nie dla plastiku śmieci i mikrodrobiny plastiku, które szkodzą organizmom wodnym”.
Buty, w tym klapki, najpopularniejszy but na świecie, stanowią duży procent odpadów z tworzyw sztucznych, które trafiają do oceanów i na wysypiska śmieci. Aby w pełni przetestować i przeanalizować swoje materiały poliuretanowe, opracowane w UC San Diego w ciągu ostatnich ośmiu lat, do badania dołączyli eksperci z dziedziny biologii, chemii polimerów i syntezy oraz nauk o morzu. Próbki piany poddano działaniu dynamiki pływów i fal oraz śledzono pod kątem zmian molekularnych i fizycznych za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera i skaningowej mikroskopii elektronowej. Wyniki pokazały, że materiał zaczął ulegać degradacji już po czterech tygodniach. Następnie badacze zidentyfikowali mikroorganizmy z sześciu obszarów morskich wokół San Diego, które są zdolne do rozkładania i zużywania materiału poliuretanowego.
„Żadna pojedyncza dyscyplina nie jest w stanie rozwiązać tych uniwersalnych problemów środowiskowych, ale opracowaliśmy zintegrowane rozwiązanie, które działa na lądzie – a teraz wiemy również, że ulega biodegradacji w oceanie” – powiedział Mayfield. „Byłem zaskoczony, widząc, jak wiele organizmów skolonizowało te piany w oceanie. To coś w rodzaju rafy mikrobiologicznej”.
Pełna lista współautorów artykułu to: Natasha Gunawan, Marissa Tessman, Daniel Zhen, Lindsey Johnson, Payton Evans, Samantha Clements, Robert Pomeroy, Michael Burkart, Ryan Simkovsky i Stephen Mayfield. Badania zostały wsparte grantem Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DE-SC0019986) dla Algenesis Inc.
Nota dotycząca konkurujących interesów: Burkart, Mayfield i Pomeroy są założycielami i posiadają udziały kapitałowe w Algenesis Inc., firmie, która może skorzystać z tych badań. Również Gunawan, Tessman, Zhen, Johnson i Simkovsky są pracownikami i udziałowcami Algenesis.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Kalifornijski – San Diego. Oryginał napisany przez Mario Aguilerę. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.