Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego stworzyli nowe biotworzywa, które, jak twierdzą, rozkładają się w takim samym tempie jak skórka banana w domowym pojemniku na kompost. Odkrycie może być przełomem, który zmniejszy skalę zanieczyszczeń mikroplastikami tworzyw sztucznych nietrafiających do strumieni recyklingu.
Większość biotworzyw dostępnych obecnie na rynku nadaje się do kompostowania, ale wyłącznie w komercyjnych kompostowniach, które nie są jeszcze powszechnie dostępne; uważa się, że nie są one w stanie ulec rozkładowi w domowych procesach kompostowania.
Nowo stworzone materiały są biodegradowalne, oferując jednocześnie takie same właściwości mechaniczne jak jednorazowe tworzywa sztuczne pochodzące z ropy naftowej. Mówi się również, że nadają się do recyklingu.
Biotworzywa są wytwarzane z komórek cyjanobakterii, zwanych również niebiesko-zielonymi algami lub spiruliną. Zespół badaczy wykorzystał ciepło i wysokie ciśnienie do uformowania ze sproszkowanych alg różnych kształtów w procesie podobnym do produkcji konwencjonalnych tworzyw sztucznych.
Oznacza to, że nie musielibyśmy przeprojektowywać linii produkcyjnych od zera, gdybyśmy chcieli wykorzystać nasze materiały na skalę przemysłową – powiedziała jedna z autorek badań, Eleftheria Roumeli, adiunkt w dziedzinie materiałoznawstwa i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Waszyngtońskim. – Usunęliśmy jedną z typowych barier między laboratorium a komercjalizacją, tak by można było zaspokoić popyt na skalę przemysłową. Dla przykładu, wiele biotworzyw jest wytwarzanych z cząsteczek ekstrahowanych z biomasy, takiej jak wodorosty, i mieszanych z modyfikatorami wydajności przed odlaniem w folie. Proces ten wymaga, aby materiały były w postaci roztworu przed odlewaniem, a jako takie nie nadają się do skomercjalizowania.
Uważa się, że spirulina może być uprawiana na szeroką skalę ze względu na jej obecne zastosowania w różnych produktach spożywczych i kosmetykach, a to oznacza, że jej wykorzystanie w produkcji biotworzyw nie miałoby negatywnego wpływu na inne łańcuchy dostaw. Co więcej, jako zawierająca zielony chlorofil, spirulina przeprowadza fotosyntezę pod wpływem bezpośredniego światła słonecznego, przekształcając dwutlenek węgla w tlen.
Zależało nam na stworzeniu biotworzyw, które mają biologiczne pochodzenie i ulegają biodegradacji w naturalnych warunkach, a jednocześnie nadają się do przetwórstwa, upowszechnienia na komercyjną skalę i do recyklingu – kontynuuje Roumeli. – Opracowane przez nas biotworzywa, oparte wyłącznie na spirulinie, charakteryzują nie tylko profil degradacji podobny do odpadów organicznych, ale także średnio 10 razy większa wytrzymałość i sztywność od wcześniej zgłoszonych biotworzyw ze spiruliny. Te własności otwierają nowe możliwości praktycznego zastosowania tworzyw sztucznych na bazie spiruliny w różnych gałęziach przemysłu, w tym w jednorazowych opakowaniach na żywność lub tworzywach sztucznych do użytku domowego takich jak butelki lub tacki.
Spirulina ma również unikalne właściwości ognioodporne – dodaje główny autor i doktorant nauk materiałowych i inżynierii na Uniwersytecie Waszyngtońskim, Hareesh Iyer. – Po wystawieniu na działanie ognia natychmiast gaśnie, w przeciwieństwie do wielu tradycyjnych tworzyw sztucznych, które albo się palą, albo topią. Ta ognioodporność sprawia, że tworzywa sztuczne na bazie spiruliny sprawdzają się w zastosowaniach, do których tradycyjne tworzywa sztuczne mogą się nie nadawać ze względu na ich łatwopalność. Jednym z przykładów są plastikowe regały w centrach danych, w których systemy używane do chłodzenia serwerów mogą się bardzo nagrzewać.
Chociaż nie jest to pierwszy przypadek stworzenia biotworzyw ze spiruliny, to – jak twierdzą badacze z Waszyngtonu – udało im się uzyskać najtrwalszy i najbardziej sztywny bioplastik z dotychczasowych. Osiągnięto to dzięki optymalizacji mikrostruktury i wiązań w tworzywach sztucznych na drodze zmiany temperatury, ciśnienia, czasu wytłaczania w wytłaczarce lub urządzeniu Hot Press, a także innych warunków przetwarzania, a następnie zbadania ich wpływu na materiał końcowy.
Zespół ostrzega jednak, że biotworzywa nie są jeszcze gotowe do wykorzystania w przemyśle. Pomimo swojej wytrzymałości materiały pozostają kruche i wrażliwe na wodę. Dlatego naukowcy kontynuują badania nad swoim odkryciem i mają na celu stworzenie kolejnych biotworzyw dostosowanych do różnych zastosowań, podobnie jak w przypadku zróżnicowania tworzyw sztucznych na bazie ropy naftowej.
Roumeli wyjaśnia dodatkowo, że (b)iodegradacja nie jest naszym preferowanym scenariuszem końca życia produktów. Nasze biotworzywa ze spiruliny nadają się do recyklingu mechanicznego, który jest powszechnie dostępny. Jednak ponieważ ludzie rzadko poddają recyklingowi tworzywa sztuczne, to fakt, że nasze biotworzywa ulegają szybkiej biodegradacji w naturalnych warunkach, jest ich dodatkową zaletą.
Wyniki badań zespołu Uniwersytetu Waszyngtońskiego są dostępne w magazynie „Advanced Functional Materials” z dnia 20 czerwca br.
Opracowano na podstawie materiałów Uniwersytetu Waszyngtońskiego
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
