Mikroplastik to maleńkie, prawie niezniszczalne fragmenty wyrzucane z plastikowych produktów codziennego użytku. W miarę jak dowiadujemy się więcej o mikroplastikach, wieści są coraz gorsze. Są już dobrze udokumentowane w naszych oceanach i glebie, teraz odkrywamy je w najbardziej nieprawdopodobnych miejscach: naszych tętnicach, płucach, a nawet łożyskach. Rozkład mikroplastiku może zająć od 100 do 1000 lat, a w międzyczasie nasza planeta i ciała stają się z każdym dniem coraz bardziej zanieczyszczane tymi materiałami.
Znalezienie realnych alternatyw dla tradycyjnych tworzyw sztucznych i mikroplastików na bazie ropy naftowej nigdy nie było ważniejsze. Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i firmę Algenesis zajmującą się badaniami materiałowymi pokazują, że ich polimery roślinne ulegają biodegradacji – nawet na poziomie mikroplastiku – w czasie krótszym niż siedem miesięcy. Artykuł, którego autorami są profesorowie, absolwenci lub byli naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, ukazał się w czasopiśmie Nature Scientific Reports.
“Dopiero zaczynamy rozumieć konsekwencje mikroplastiku. Wiedza o wpływie na środowisko i zdrowie jest zaledwie zarysowana” – stwierdził profesor chemii i biochemii Michael Burkart, jeden z autorów artykułu i współzałożyciel Algenesis. „Próbujemy znaleźć zamienniki dla już istniejących materiałów i upewnij się, że te zamienniki ulegną biodegradacji pod koniec okresu użytkowania, zamiast gromadzić się w środowisku. To nie jest łatwe.”
„Kiedy około sześć lat temu po raz pierwszy tworzyliśmy polimery na bazie alg, zawsze naszą intencją było, aby były one całkowicie biodegradowalne” – powiedział inny z autorów artykułu, Robert Pomeroy, który jest także profesorem chemii i biochemii oraz współautorem Algenesis założyciel. „Mieliśmy mnóstwo danych sugerujących, że nasz materiał znika w kompoście, ale po raz pierwszy zmierzyliśmy to na poziomie mikrocząstek”.
Poddawanie go próbie
Aby przetestować biodegradowalność, zespół zmielił produkt na drobne mikrocząstki i za pomocą trzech różnych narzędzi pomiarowych potwierdził, że po umieszczeniu w kompoście materiał był trawiony przez drobnoustroje.
Pierwszym narzędziem był respirometr. Kiedy drobnoustroje rozkładają materiał kompostowy, uwalniają dwutlenek węgla (CO2), który mierzy respirometr. Wyniki te porównano z rozkładem celulozy, który jest uważany za branżowy standard 100% biodegradowalności. Polimer roślinny dorównywał celulozie niemal w stu procentach.
Następnie zespół zastosował flotację wody. Ponieważ tworzywa sztuczne nie są rozpuszczalne w wodzie i unoszą się na wodzie, można je łatwo zebrać z powierzchni wody. W odstępach 90–200 dni odzyskiwano prawie 100% mikroplastików na bazie ropy naftowej, co oznacza, że żaden z nich nie uległ biodegradacji. Z drugiej strony po 90 dniach odzyskano jedynie 32% mikroplastików pochodzących z alg, co wskazuje, że ponad dwie trzecie z nich uległo biodegradacji. Po 200 dniach odzyskano tylko 3%, co wskazuje, że 97% zniknęło.
Ostatni pomiar obejmował analizę chemiczną za pomocą chromatografii gazowej/spektrometrii mas (GCMS), która wykryła obecność monomerów użytych do wytworzenia tworzywa sztucznego, co wskazuje, że polimer ulegał rozpadowi na wyjściowe materiały roślinne. Skaningowa mikroskopia elektronowa pokazała ponadto, w jaki sposób mikroorganizmy kolonizują biodegradowalne mikroplastiki podczas kompostowania.
„Ten materiał jest pierwszym tworzywem sztucznym, które nie tworzy mikroplastików podczas jego używania” – powiedział Stephen Mayfield, współautor artykułu, profesor School of Biological Sciences i współzałożyciel Algenesis. „To coś więcej niż tylko zrównoważone rozwiązanie na koniec cyklu życia produktu i zatłoczone składowiska. To tak naprawdę plastik, od którego nie będziemy chorować”.
Stworzenie przyjaznej dla środowiska alternatywy dla tworzyw sztucznych na bazie ropy naftowej to tylko jedna część długiej drogi do rentowności. Ciągłym wyzwaniem jest możliwość wykorzystania nowego materiału w istniejącym sprzęcie produkcyjnym, który pierwotnie został zbudowany z myślą o tradycyjnych tworzywach sztucznych, i tutaj firma Algenesis czyni postępy. Nawiązali współpracę z kilkoma firmami, aby wytworzyć produkty wykorzystujące polimery roślinne opracowane na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, w tym z Trelleborgiem do stosowania w tkaninach powlekanych i RhinoShield do stosowania w produkcji etui do telefonów komórkowych.
„Kiedy rozpoczynaliśmy tę pracę, powiedziano nam, że to niemożliwe” – stwierdził Burkart. „Teraz widzimy inną rzeczywistość. Przed nami dużo pracy, ale chcemy dać ludziom nadzieję. To możliwe”.
Pełna lista autorów: Robert S. Pomeroy, Michael D. Burkart, Steven P. Mayfield (wszyscy UC San Diego), Marco N. Allemann, Marissa Tessman, Jaysen Reindel, Gordon B. Scofield, Payton Evans, Ryan Simkovsky (wszyscy Algenesis ).
Badania te były finansowane ze środków Departamentu Energii (DE-SC0019986 i DE-EE0009295).
Ujawnienie informacji: Burkart, Mayfield i Pomeroy są współzałożycielami i zajmują pozycje kapitałowe w Algenesis Corporation.