Nowa technologia umożliwia opracowywanie tworzyw sztucznych o określonej żywotności, co potencjalnie rozwiązuje globalny kryzys związany z odpadami. Naukowcy tworzą tworzywa sztuczne, które zamiast trwać stulecia, ulegają degradacji w ciągu tygodni, miesięcy lub lat. Innowacja polega na naśladowaniu naturalnych procesów samodegradacji obserwowanych w polimerach biologicznych, takich jak DNA.
Problem odpadów z tworzyw sztucznych: globalny kryzys
W 2022 r. na całym świecie wyrzucono ponad 250 milionów ton plastiku, z czego tylko 14% zostało poddane recyklingowi. Reszta trafiała na wysypiska śmieci lub do spalarni, przyczyniając się do zanieczyszczenia i szkód w środowisku. Biodegradowalne tworzywa sztuczne są opracowywane od dziesięcioleci przy użyciu materiałów takich jak bambus i wodorosty, ale wiele z nich jest niepraktycznych w przypadku kompostowania na dużą skalę lub jest fałszywie reklamowanych jako całkowicie ulegające rozkładowi.
Jak działa zaprogramowane trawienie
Yuwei Gu i jego zespół z Rutgers University opracowali metodę włączania syntetycznych „sąsiadujących grup” do plastikowych łańcuchów polimerowych. Te struktury chemiczne wywołują reakcje wewnętrzne — ataki nukleofilowe — które rozrywają wiązania w łańcuchach tworzyw sztucznych. Naturalne polimery, takie jak DNA, już korzystają z tego procesu i ulegają stosunkowo szybkiemu rozkładowi. Dostosowując strukturę tych dodatków, badacze mogą precyzyjnie kontrolować żywotność materiału.
„Ta strategia jest najskuteczniejsza w przypadku tworzyw sztucznych, które ulegają kontrolowanej degradacji w ciągu dni lub miesięcy, dlatego widzimy ogromny potencjał zastosowań w opakowaniach do żywności i innych łatwo psujących się towarach konsumpcyjnych” – mówi Gu.
Przyszłość tworzyw sztucznych: kontrolowane cykle życia
Po rozłożeniu fragmenty tworzyw sztucznych można poddać recyklingowi w celu uzyskania nowych materiałów lub bezpiecznie rozpuścić w środowisku. Technologia ta idealnie sprawdza się w przypadku krótkotrwałych towarów konsumpcyjnych, takich jak opakowania do żywności, redukując odpady długoterminowe. Jednak obecnie jest mniej skuteczny w przypadku trwałych zastosowań, takich jak materiały budowlane, które wymagają dziesięcioleci stabilności.
Pozostałe problemy
Rentowność komercyjna w dalszym ciągu napotyka przeszkody. W wyniku degradacji powstaje „zupa” fragmentów polimeru, która wymaga dokładnych testów toksyczności przed powszechnym użyciem. Obecnie proces ten wykorzystuje światło ultrafioletowe, które powoduje rozkład, co oznacza, że zakopany lub przykryty plastik pozostanie nienaruszony. Następnym krokiem jest znalezienie sposobów na wywołanie samozniszczenia w ciemności.
Opracowanie programowalnych tworzyw sztucznych stanowi znaczący krok w kierunku zrównoważonej przyszłości, ale potrzebne są dalsze badania i testy, aby zapewnić bezpieczne i skuteczne wdrożenie. Jeśli te wyzwania zostaną rozwiązane, technologia może znacznie zmniejszyć zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi i przekształcić branżę.
