W eksperymencie przeprowadzonym na Uniwersytecie w Sydney polipropylen – tworzywo wyjątkowo trudne w recyklingu – uległ biodegradacji pod wpływem dwóch odmian grzybów powszechnie występujących w glebie. Osiągnęły one najwyższy jak dotychczas wskaźnik degradacji odnotowany w literaturze naukowej.
Polipropylen od dawna stanowi wyzwanie dla recyklingu. Szacuje się, że odpady poużytkowe tego popularnego plastiku – wykorzystywanego m.in. do produkcji zakrętek na butelki oraz opakowań – stanowią ok. 28% globalnych zanieczyszczeń z tworzyw sztucznych, ale tylko 1% z nich jest poddawany odzyskowi. Być może dzięki wysiłkom australijskich naukowców udało się wreszcie znaleźć sposób na poradzenie sobie z opornym polimerem. W artykule opublikowanym pod koniec kwietnia w czasopiśmie „npj: Materials Degradation” badacze z Sydney poinformowali, że dwa popularne szczepy grzybów doprowadziły do biorozkładu polipropylenu.
Naturalny biorozkład
Występujące w glebie i na roślinach grzyby Aspergillus terreus i Engyodontium album zdołały rozbić łańcuchy polimerowe tworzywa w eksperymencie laboratoryjnym. Polipropylen został wstępnie poddany działaniu promieniowania ultrafioletowego oraz – niezależnie – wysokiej temperatury i środka chemicznego w celu zasymulowania naturalnych warunków, w jakich dochodzi do kontaktu grzybów z plastikiem. Wyniki eksperymentu przeszły najśmielsze oczekiwania: w ciągu 30 dni grzyby zmniejszyły masę plastiku o 21%, a w ciągu 90 dni o 25-27%.
Polipropylen jest powszechnie stosowanym tworzywem sztucznym, z którego wytwarza się wiele różnych produktów codziennego użytku, takich jak pojemniki na żywność, wieszaki na ubrania i folie samoprzylepne, ale jego wskaźnik recyklingu wynosi zaledwie jeden procent, co oznacza, że jest on nadreprezentowany w odpadach z tworzyw sztucznych i zanieczyszczeniach na całym świecie – podkreśla główna autorka badania, doktorantka Amira Farzana Samat z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Biomolekularnej Uniwersytetu w Sydney.
Naukowcy mają nadzieję, że ich metoda zdoła w przyszłości zmniejszyć ogromną ilość plastiku zanieczyszczającego środowisko i pozwoli lepiej zrozumieć, w jaki sposób i w jakich warunkach można doprowadzić do naturalnej biodegradacji zanieczyszczeń z tworzyw sztucznych.
Wielki problem naszych czasów
Zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi jest bez wątpienia jednym z największych problemów naszych czasów związanych z odpadami. Zdecydowana większość z nich nie jest odpowiednio poddawana recyklingowi, co oznacza, że często trafiają do naszych oceanów, rzek i na wysypiska śmieci. Szacuje się, że w światowych rzekach nagromadziło się 109 milionów ton plastiku, a w oceanach 30 mln ton i że wkrótce będzie go więcej niż wynosi całkowita masa ryb – dodaje Samat.
Zdaniem naukowców za niewielki poziom odzysku polipropylenu odpowiadają jego krótki cykl życia w roli opakowania oraz wysoki stopień zanieczyszczenia przez inne materiały i tworzywa sztuczne, co powoduje konieczność poszukiwania nowych metod recyklingu o możliwie minimalnym wpływie na środowisko.
Pomimo masowej produkcji i wysokiego zużycia tworzyw sztucznych bardzo mało uwagi poświęca się ich rozkładowi w warunkach naturalnych, a nasze zrozumienie, w jaki sposób plastiki ulegają degradacji, jest ograniczone – podkreśla promotor badania, profesor Ali Abbas ze Szkoły Inżynierii Chemicznej i Molekularnej oraz główny inżynier zrównoważonego rozwoju w organizacji Circular Australia. – Jedno z głównych pytań, które pojawiły się w trakcie naszych badań, brzmiało: jakie warunki występujące w naturze są w stanie przyspieszyć rozkład tworzyw? Zamierzamy badać dalej rolę procesów biologicznych grzybów i innych mikroorganizmów w tym zakresie.
Wszechstronne grzyby
Profesor Dee Carter, ekspertka z zakresu mykologii (nauki o grzybach) w School of Life and Environmental Sciences oraz współautorka badania, mówi: Grzyby są niezwykle wszechstronne i wiadomo, że są w stanie rozłożyć prawie wszystkie podłoża. Ta supermoc jest związana z produkowanymi przez nie wyjątkowo silnymi enzymami, wykorzystywanymi do rozkładania substratów na prostsze cząsteczki, które mogą zostać wchłonięte przez komórki grzybów. I dodaje: Ewolucja grzybów często zmierzała w kierunku rozkładu materiałów drzewnych, jednak tę zdolność można wykorzystać do atakowania innych podłoży. Właśnie dlatego grzyby rosną na wszelkiego rodzaju materiałach wytworzonych przez człowieka takich jak dywany, pomalowane meble, zaprawa do płytek łazienkowych, zasłony prysznicowe, tapicerka, a nawet reflektory samochodowe.
Badania przeprowadzone w ostatnim czasie sugerują, że część grzybów jest w stanie rozłożyć nawet niektóre „wieczne chemikalia”, takie jak PFAS, ale proces ten jest powolny i nie jest jeszcze dobrze poznany. Istnieją również dowody na to, że ilość plastiku nagromadzonego w oceanie jest mniejsza niż można by się spodziewać na podstawie poziomów produkcji i utylizacji, a także spekuluje się, że część tego „brakującego” plastiku mogła zostać zdegra- dowana przez grzyby występujące w morzach.
Jak przebiegał proces?
Polipropylen w różnych formatach był początkowo traktowany jedną z trzech odrębnych metod: światłem ultrafioletowym, ciepłem i odczynnikiem Fentona – kwaśnym roztworem nadtlenku wodoru i jonów żelaza, często używanym do utleniania zanieczyszczeń. Pojedyncze kultury grzybów nanoszono na polipropylen umieszczony na płytce Petriego. Wystąpienie biorozkładu potwierdzono za pomocą technik mikroskopowych. Chociaż w badaniach nie oceniono, w jaki sposób plastik uległ rozkładowi przez grzyby ani czy został zmetabolizowany, naukowcy mają zamiar przeprowadzić dalsze badania w celu określenia rodzaju zachodzących procesów biochemicznych.
Co dalej?
Musimy wspierać rozwój przełomowych technologii recyklingu, które usprawniają obieg zamknięty tworzyw sztucznych, zwłaszcza te technologie, które opierają się na procesach biologicznych, tak jak w naszym badaniu. Należy zauważyć, że nie przeprowadziliśmy dotychczas żadnej optymalizacji eksperymentalnych warunków, zatem pozostaje dużo miejsca na dalsze skrócenie czasu rozkładu – mówi profesor Abbas, który uważa, że niski wskaźnik recyklingu tworzyw sztucznych na całym świecie stanowi ogromną lukę w obiegu zamkniętym tworzyw sztucznych.
Naukowcy zamierzają teraz sprawdzić możliwość zwiększenia wydajności procesu rozkładu polipropylenu, a następnie wystąpią o dofinansowanie dalszych prac nad projektem i na opracowanie pilotażowego prototypu do dalszej komercjalizacji. Od czasu zakończenia badań zespół wyizolował inne mikroorganizmy ze środowiska morskiego i zastosował podobny proces do rozkładu morskich odpadów z tworzyw sztucznych, a wstępne wyniki wskazują na jeszcze większą skalę tego procesu.
Jak podsumowuje Amira Farzana Samat: Czujemy ekscytację z tego powodu i rozpoczęliśmy poszukiwanie kolejnych sposobów usprawnienia procesu rozkładu tych mikroorganizmów. Bądźcie w pogotowiu.
Opracowano na podstawie materiałów Uniwersytetu w Sydney
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
