Preboj, ki smo ga čakali? Japonski znanstveniki iznašli plastiko, ki se razgradi v slani vodi

Mikroplastiko najdemo praktično povsod, od najvišjih vrhov do najglobljih kotičkov oceana, v tleh, v zraku, v živalih in rastlinah ter v nas samih, naših tkivih in krvnem obtoku. Mikroplastika škodljivo vpliva na okolje in nas, ena zadnjih raziskav je pokazala, da vpliva na razvoj nevrodegenerativnih bolezni, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen.

Zato je izjemno razveseljivo, kakšen uspeh so dosegli japonski znanstveniki. Uspelo jim je izdelati plastiko iz celuloze, ki je močna, prožna in se v naravnem okolju hitro razgradi. Razpade namreč, če jo za le nekaj ur potopimo v slano vodo, za sabo pa ne pušča mikroplastičnih delcev.

Raziskovalci pod vodstvom Takuzoja Aide z japonskega znanstvenega centra za nastajajoče snovi RIKEN v nedavni študiji, objavljeni v reviji Journal of the American Chemical Society, poročajo o novi vrsti plastike, izdelane iz rastlinske celuloze.

Celuloza je najpogostejša organska spojina na svetu. Biorazgradljiva plastika in plastika na osnovi celuloze sicer nista novost. Toda nova plastika, ki so jo izdelali japonski raziskovalci, je v nasprotju z doslej znanimi različicami močna in prožna, hkrati pa se v naravnem okolju hitro razgradi.

Večina plastik, ki jih tržijo kot "biorazgradljive", se namreč v morskih okoljih razgrajuje zelo dolgo časa, za sabo pa pušča mikroplastične delce.

Številni poskusi, napake in ... uspeh

Vodja raziskave Aida in njegovi sodelavci so že lani razvili plastiko, ki se je lahko v slani vodi razgradila v nekaj urah, ne da bi pri tem nastajala mikroplastika, piše EurekaAlert. Ta plastika je bila sestavljena iz dveh polimerov, ki so ju skupaj držale reverzibilne interakcije, imenovane "solni mostovi". Ob stiku s slano vodo so se vezi med obema polimeroma razdrle in plastika se je razgradila. Toda ta plastika, prvi podvig japonskih raziskovalcev, še ni bila dovolj praktična za dejansko rabo.

Njihov novi izum na rastlinski osnovi je podoben, le da je eden od dveh polimerov biorazgradljiv derivat lesne mase, imenovan karboksimetilceluloza. Gre za komercialno dostopno snov, ki jo je kot varno odobrila ameriška agencija za hrano in zdravila FDA.

Iskanje drugega polimera, ki bi ga združili s prvim, je terjalo precej poskusov in napak, a je ekipi nazadnje uspelo najti varen reagent, sestavljen iz pozitivno nabitih ionov polietilen-imina gvanidinija.

Ko so celulozo in gvanidinijeve ione zmešali v vodi pri sobni temperaturi, so se negativno in pozitivno nabite molekule privlačile kot magneti ter tvorile zamreženo strukturo, ki tej novi plastiki daje trdnost. Hkrati so se solni mostovi, ki držijo mrežo skupaj, v prisotnosti slane vode – kot pričakovano – razgradili. Da bi preprečili nenamerno razpadanje, je mogoče plastiko zaščititi s tankim površinskim premazom, so opisali japonski znanstveniki.

Toda to še ni bil končni cilj. Čeprav se je nova plastika hitro razgrajevala, je bila sprva zaradi celuloze preveč krhka. Nastala plastika je bila brezbarvna, prosojna in izjemno trda, vendar je imela lomljivo, steklu podobno strukturo.

Ekipa je potrebovala dober plastifikator, majhno molekulo, ki bi jo lahko dodali zmesi, da bi plastika postala bolj prožna, a še vedno trdna. Po številnih poskusih so ugotovili, da izjemno učinkovito deluje organska sol holin klorid. Z dodajanjem različnih količin tega, pri FDA odobrenega prehranskega aditiva, so raziskovalci lahko natančno prilagajali prožnost plastike.

Glede na količino holin klorida je plastika lahko trda kot steklo ali pa tako elastična, da se jo da raztegniti do 130 odstotkov prvotne dolžine. Iz nje je mogoče izdelati tudi močan, a zelo tanek film z debelino le 0,07 milimetra, kar pomeni, da bi bila lahko uporabna za plastične vrečke, ovitke in folije.

"Medtem ko se je naša začetna študija osredotočala predvsem na koncept, nova študija kaže naše delo na precej bolj praktični ravni," je pojasnil vodja raziskave Aida.

Nova supramolekularna plastika iz karboksimetilceluloze, poimenovana CMCSP (carboxymethyl cellulose supramolecular plastic) je enako trdna kot običajne plastike na osnovi nafte, njene mehanske lastnosti pa je mogoče prilagajati.

Sestavljena je iz poceni in preprosto dostopnih biorazgradljivih sestavin. Če bo obstajal komercialni interes, bi lahko novi japonski izum hitro našel pot do proizvodnje.

"Narava vsako leto proizvede približno bilijon ton celuloze," pravi Aida. "Iz te naravne snovi, ki je imamo v izobilju, smo ustvarili prožen, a hkrati trpežen plastični material, ki se varno razgradi v morjih. Ta tehnologija bo pomagala zaščititi Zemljo pred onesnaževanjem s plastiko," je prepričan znanstvenik.

Kako vrečka iz nove rastlinske biorazgradljive plastike razpade v slani vodi, si lahko ogledate v spodnjem videu: