Zespół naukowców z Japonii opracował nowy rodzaj plastiku, który rozpuszcza się w wodzie morskiej i nie tworzy mikroplastiku. Materiał nadaje się do recyklingu i może pełnić funkcję nawozu.
Wczoraj, 5 czerwca, obchodziliśmy Światowy Dzień Środowiska, o którym pisaliśmy na łamach ESG Impulse. Tegoroczne obchody, pod hasłem „Beat Plastic Pollution” (Zakończmy zanieczyszczenie plastikiem), ponownie przypominają nam o pilnej potrzebie walki z wszechobecnym plastikiem, który stał się globalnym zagrożeniem. Natomiast 8 czerwca będziemy obchodzić Światowy Dzień Oceanów. W kontekście tych wydarzeń, chcielibyśmy przedstawić przełomowe rozwiązanie prosto z pewnego japońskiego laboratorium – nowy rodzaj plastiku, który może zrewolucjonizować nasze podejście do globalnego problemu.
Problem zanieczyszczenia plastikiem nie jest już wyzwaniem przyszłości – to zagrożenie tu i teraz. Każdego roku na świecie produkuje się ponad 400 milionów ton plastiku, z czego niemal połowa to produkty jednorazowego użytku. Niestety, zaledwie około 9% z nich podlega recyklingowi, a reszta trafia na wysypiska, do spalarni lub do środowiska naturalnego, w tym do oceanów. Według szacunków, nawet 11 milionów ton plastiku trafia każdego roku do ekosystemów wodnych. To równowartość 1-2 wywrotek plastiku trafiających prosto do oceanów co każdą minutę. Jeśli obecne trendy się utrzymają, do 2050 roku w oceanach możemy mieć więcej kawałków plastiku niż ryb!
Szczególnym problemem jest jednak mikroplastik – fragmenty plastiku mniejsze niż 5 mm. Są one wszechobecne w oceanach, glebie, powietrzu, żywności, a nawet w ludzkich ciałach, w tym w tętnicach, mózgu i mleku matki. Badania wykazały, że mikroplastik został połknięty przez około dwie trzecie ryb, co oznacza, że ludzie jedzący ryby również go spożywają. Tradycyjne biodegradowalne tworzywa sztuczne często nie rozkładają się w warunkach morskich, co prowadzi do dalszego gromadzenia się mikroplastiku.
Nadzieja dla producentów opakowań: nowy supramolekularny plastik z Japonii
W odpowiedzi na ten kryzys, zespół naukowców pod kierunkiem Takuzo Aidy z RIKEN Center for Emergent Matter Science oraz Uniwersytetu Tokijskiego dokonał przełomowego odkrycia. Opracowali oni nowy rodzaj plastiku, który nie tylko jest wytrzymały jak konwencjonalne tworzywa sztuczne, ale także w pełni rozkłada się w wodzie morskiej, nie przyczyniając się do powstawania mikroplastiku. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie Science 22 listopada 2024 roku.
Nowy materiał to supramolekularny plastik – polimer, którego struktura jest utrzymywana przez odwracalne interakcje. Został on stworzony z dwóch jonowych monomerów: heksametafosforanu sodu, powszechnie stosowanego dodatku do żywności, oraz monomerów na bazie jonów guanidyniowych.
Jak to działa?
Kluczem do wytrzymałości i elastyczności nowego plastiku są krzyżowo połączone mostki solne, które tworzą się między monomerami. Co ważne, te mostki solne są nieodwracalne, chyba że zostaną wystawione na działanie elektrolitów, takich jak te znajdujące się w wodzie morskiej.
Proces produkcji jest innowacyjny i prosty, co sprzyja masowej produkcji:
• Monomery miesza się w wodzie, co powoduje spontaniczne rozdzielenie na dwie warstwy cieczy: gęstą, lepką warstwę zawierającą polimer supramolekularny z trójwymiarowymi wiązaniami krzyżowymi, oraz wodnistą warstwę zawierającą jony soli.
• „Odsalanie” – czyli oddzielenie wodnistej warstwy z solami – okazało się krytycznym krokiem; bez niego, uzyskany materiał byłby kruchym kryształem, niezdatnym do użytku.
• Ostateczny plastik, nazwany alkyl SP2, powstaje poprzez wysuszenie pozostałości z gęstej, lepkiej warstwy.
Kiedy plastik znajdzie się w słonej wodzie, „ponowne zasolenie” powoduje odwrócenie interakcji i destabilizację jego struktury w ciągu kilku godzin. Szukając (dalekiej) analogii można chyba pomyśleć o… rozpuszczalnej gumie do żucia.
Kluczowe właściwości i korzyści
Nowy plastik charakteryzuje się szeregiem imponujących cech, które czynią go prawdziwym przełomem w walce z zanieczyszczeniem:
• Szybka biodegradacja i brak mikroplastiku: Rozpuszcza się w wodzie morskiej w ciągu godzin i całkowicie rozkłada w glebie w ciągu 10 dni, nie tworząc mikroplastiku. Pięciocentymetrowy kawałek rozkłada się w glebie po ponad 200 godzinach.
• Właściwości nawozowe: Monomery, na które plastik się rozkłada, mogą być metabolizowane przez bakterie, a także dostarczają glebie fosfor i azot, działając podobnie do nawozu.
• Wytrzymałość i elastyczność: Jest tak samo mocny, a nawet mocniejszy niż konwencjonalne tworzywa sztuczne.
• Możliwość recyklingu: Po rozpuszczeniu w słonej wodzie, 91% heksametafosforanu i 82% guanidynium można odzyskać w postaci proszków, co wskazuje na łatwy i efektywny recykling.
• Bezpieczeństwo: Materiał jest beztoksyczny i niepalny, co oznacza, że jego produkcja nie powoduje emisji CO2.
• Termoplastyczność: Może być formowany w temperaturach powyżej 120°C, podobnie jak inne termoplasty.
• Wszechstronność i personalizacja: Poprzez modyfikację monomerów guanidyniowych można uzyskać tworzywa o różnej twardości i wytrzymałości na rozciąganie, dostosowane do konkretnych potrzeb – od twardych, odpornych na zarysowania, po elastyczne i przypominające gumę silikonową.
• Zastosowania: Nadaje się do druku 3D oraz zastosowań medycznych i zdrowotnych. Może być używany jak zwykły plastik, gdy zostanie pokryty ekologiczną, wodoodporną powłoką.
Perspektywy i znaczenie dla przyszłości
Wynalazek ten ma ogromne znaczenie w obliczu trwających negocjacji w sprawie Globalnego Traktatu ws. Tworzyw Sztucznych, który ma na celu ustanowienie globalnych standardów w celu ograniczenia ilości odpadów z tworzyw sztucznych i zwiększenia wskaźników recyklingu. Eksperci opisują to odkrycie jako obiecującą alternatywę w walce z zanieczyszczeniem morza.
Przyszłość tego pionierskiego plastiku na rynkach światowych wygląda ciekawie, szczególnie w sektorach zależnych od jednorazowych tworzyw sztucznych. Jednak przejście od tradycyjnych tworzyw sztucznych do tej nowej, biodegradowalnej opcji będzie wymagało współpracy między naukowcami, producentami i decydentami politycznymi, aby zwiększyć skalę produkcji i stworzyć wspierającą infrastrukturę recyklingu.
Dzięki temu nowemu materiałowi japońscy naukowcy stworzyli nową rodzinę tworzyw sztucznych, które są mocne, stabilne, nadają się do recyklingu, mogą pełnić wiele funkcji i, co ważne, nie generują mikroplastiku.
Jeśli chcecie zobaczyć depeszę Reuteres wraz ze zdjęciami z laboratorium kliknijcie w ten link.
Grafika symboliczna: Chonthicha, Adobe Photostock