Dodanie chemicznych dodatków do plastiku, które naśladują naturalne polimery, takie jak DNA, może stworzyć materiały, które rozkładają się w ciągu dni, miesięcy lub lat, zamiast zaśmiecać środowisko na wieki. Naukowcy mają nadzieję, że ich nowa technika doprowadzi do tworzenia plastikowych produktów, które pełnią swoją funkcję, a następnie bezpiecznie się rozpadają.
W 2022 roku na całym świecie zostało wyrzuconych ponad ćwierć miliarda ton plastiku, a tylko 14 procent było poddane recyklingowi – reszta została albo spalona, albo zakopana. Obietnica praktycznego, biodegradowalnego plastiku istnieje od co najmniej 35 lat, i były podejmowane wysiłki, aby wykorzystać takie materiały, używając wszystkiego, od bambusa po wodorosty. Jednakże, wiele z tych materiałów jest trudnych do kompostowania, a ich producenci formułują nierealistyczne twierdzenia.
Teraz Yuwei Gu i jego współpracownicy z Uniwersytetu Stanowego Rutgers w New Jersey opracowują technikę tworzenia plastików o precyzyjnie dostosowanych żywotnościach, które mogą szybko rozpadać się zarówno w kompoście, jak i w naturalnym środowisku.
Gu zastanawiał się, dlaczego naturalne, długoprzecinkowe polimery, takie jak DNA i RNA, mogą stosunkowo szybko rozkładać się, podczas gdy syntetyczne, takie jak tworzywa sztuczne, nie mogą, i czy istnieje sposób na naśladowanie tego procesu.
Naturalne polimery zawierają struktury chemiczne zwane grupami sąsiednimi, które wspomagają dekonstrukcję. Te struktury napędzają wewnętrzne reakcje nazywane atakami nukleofilowymi, które rozcinają wiązania w łańcuchach polimerów – co wymaga ogromnej ilości energii w przypadku normalnych tworzyw sztucznych.
Gu i jego zespół stworzyli sztuczne struktury chemiczne, które naśladują te grupy sąsiednie i dodali je podczas produkcji nowych plastików. Odkryli, że rezultujący materiał może łatwo się rozkładać i że poprzez zmianę struktury dodatków, mogą precyzyjnie dostosowywać, jak długo materiał pozostaje nietknięty, zanim się rozpadnie.
Po rozkładzie plastikowych łańcuchów polimerów zamieniają się w małe fragmenty, które Gu ma nadzieję, że zostaną wykorzystane do produkcji nowych tworzyw sztucznych lub będą bezpiecznie rozkładać się w środowisku.
„Ta strategia najlepiej sprawdza się w przypadku tworzyw sztucznych, które korzystają z kontrolowanego rozkładu przez dni do miesięcy, więc widzimy silny potencjał zastosowania, jak opakowania spożywcze i inne krótkoterminowe materiały konsumenckie,” mówi Gu. „Obecnie, mniej nadaje się do zastosowań w przypadku tworzyw sztucznych, które muszą pozostać stabilne przez dziesięciolecia przed rozpadem, takich jak materiały budowlane czy długoterminowe komponenty konstrukcyjne.”
Ale istnieje kilka problemów do rozwiązania, zanim taki rodzaj plastiku może być używany komercyjnie. Pozostała ciecz po rozpadzie plastiku składa się z fragmentów łańcuchów polimerów, a potrzebne są dalsze testy, aby zagwarantować, że ta mieszanka części nie jest toksyczna i dlatego może być bezpiecznie uwalniana do środowiska.
Ponadto, obecnie potrzebne jest światło ultrafioletowe do rozpoczęcia procesu rozkładu, chociaż wystarcza światło słoneczne. Tak więc, aż grupa znajdzie sposoby na tworzenie materiałów, które można rozkładać w ciemności, każdy plastik, który jest zakopany lub na inny sposób zakryty, będzie pozostawał w środowisku praktycznie na zawsze.
