Een nieuwe techniek maakt het mogelijk kunststoffen te ontwerpen met een vooraf bepaalde levensduur, waardoor mogelijk de mondiale afvalcrisis wordt opgelost. Onderzoekers ontwikkelen kunststoffen die in weken, maanden of jaren afbreken in plaats van eeuwenlang te blijven bestaan. De innovatie ligt in het nabootsen van de natuurlijke zelfafbraakprocessen die voorkomen in biologische polymeren zoals DNA.
Het plasticafvalprobleem: een mondiale crisis
In 2022 werd wereldwijd ruim 250 miljoen ton plastic weggegooid, waarvan slechts 14% gerecycled werd. De rest belandde op stortplaatsen of verbrandingsovens, wat bijdroeg aan vervuiling en milieuschade. Hoewel er al tientallen jaren wordt gezocht naar biologisch afbreekbare kunststoffen waarbij gebruik wordt gemaakt van materialen als bamboe en zeewier, zijn veel daarvan onpraktisch voor grootschalige compostering of worden ten onrechte geadverteerd als volledig afbreekbaar.
Hoe programmeerbare degradatie werkt
Yuwei Gu en zijn team aan de Rutgers Universiteit hebben een methode bedacht om synthetische ‘naburige groepen’ in plastic polymeren in te bedden. Deze chemische structuren veroorzaken interne reacties – nucleofiele aanvallen – die de verbindingen binnen de plastic ketens verbreken. Natuurlijke polymeren zoals DNA maken al gebruik van dit proces en breken relatief snel af. Door de structuur van deze additieven aan te passen, kunnen onderzoekers de levensduur van het materiaal nauwkeurig controleren.
“Deze strategie werkt het beste voor kunststoffen die profiteren van gecontroleerde afbraak gedurende dagen tot maanden, dus we zien een groot potentieel voor toepassingen zoals voedselverpakkingen en andere kortlevende consumentenmaterialen”, zegt Gu.
De toekomst van plastic: gecontroleerde levenscycli
Eenmaal afgebroken kunnen de plastic fragmenten worden hergebruikt voor nieuwe materialen of veilig worden opgelost in het milieu. De techniek is bij uitstek geschikt voor consumentenproducten voor de korte termijn, zoals voedselverpakkingen, waardoor verspilling op de lange termijn wordt verminderd. Momenteel is het echter minder effectief voor duurzame toepassingen zoals bouwmaterialen die tientallen jaren stabiliteit vereisen.
Resterende uitdagingen
De commerciële levensvatbaarheid kent nog steeds hindernissen. De resulterende afbraak creëert een “soep” van polymeerfragmenten, waarvoor grondige toxiciteitstests nodig zijn voordat wijdverbreid gebruik kan plaatsvinden. Momenteel is het proces afhankelijk van ultraviolet licht om degradatie op gang te brengen, wat betekent dat verborgen of afgedekte kunststoffen intact blijven. Het vinden van manieren om zelfvernietiging in duisternis te veroorzaken is de volgende stap.
De ontwikkeling van programmeerbare kunststoffen vertegenwoordigt een aanzienlijke sprong in de richting van een duurzame toekomst, maar verder onderzoek en testen zijn cruciaal om een veilige en effectieve implementatie te garanderen. Als deze uitdagingen worden overwonnen, zou de technologie de plasticvervuiling dramatisch kunnen verminderen en de industrie opnieuw vorm kunnen geven.
