Japāņu zinātnieku grupa ir izstrādājusi jaunu augu izcelsmes materiālu, kas jūras ūdenī pilnībā sadalās dažu stundu laikā. Šis atklājums var radīt revolūciju cīņā pret globālo plastmasas piesārņojumu.
Saturs
Plastmasa ir visur . Attālās pludmalēs, zivīs, augsnē, upēs un pat mūsu pašu ķermeņos . Lielākā daļa no tās neizzūd: tā sadalās arvien mazākās daļās, kas paliek tur desmitiem gadu. Bet Japānas komanda tikko ir prezentējusi materiālu, kas radikāli pārtrauc šo ciklu. Augu izcelsmes plastmasa, kas ir pietiekami izturīga ikdienas lietošanai, pilnībā izšķīst jūras ūdenī, neatstājot cietas pēdas. Nekādi atkritumi, nekāda mikroplastmasa. Piedāvājums, kas var mainīt mūsu attieksmi pret visproblemātiskāko iepakojumu.
Plastmasa, kas nesadalās gabalos: tā pazūd.
Lielākā daļa plastmasas, kas marķēta kā “bioloģiski noārdāma”, prasa ļoti specifiskus apstākļus: augstas temperatūras, kontrolētu mitrumu vai specializētus rūpnieciskos uzņēmumus. Jūrā, kur ūdens ir auksts un sāļš, tā uzvedas gandrīz tāpat kā parastā plastmasa. Tās saglabājas gadiem ilgi, sadaloties fragmentos, līdz kļūst neredzamas.
Japānā izstrādātais materiāls balstās uz citu ideju: novērst fragmentāciju kopumā. Tā vietā, lai sadalītos arvien mazākās daļiņās, tas izšķīst. Tas pāriet tieši no cietā stāvokļa uz šķīstošu, bloķējot parasto mikroplastmasas veidošanās ceļu . Šāda pieeja ir diktēta ar skaidru ekoloģisko mērķi: radīt plastmasu, kas ātri pazūd, nonākot jūrā.
Celuloze kā sākumpunkts jaunam plastmasas veidam
Materiāls, ko izstrādājusi pētnieka Takuzo Aidas komanda RIKEN Jauno materiālu pētniecības centrā, izmanto celulozi, visizplatītāko dabisko polimēru biosfērā . Konkrēti, tajā izmantota karboksimetilceluloze, kuras atvasinājums jau tiek ražots rūpnieciskā mērogā un izmantots dažādās nozarēs, piemēram, pārtikas rūpniecībā, tekstilrūpniecībā un kosmētikas ražošanā.
Lai pārvērstu šo augu izejvielu funkcionālā plastmasā, pētnieki izmantoja jonu polimerizācijas procesu ūdenī istabas temperatūrā, izvairoties no agresīviem šķīdinātājiem. Rezultātā tika iegūts polimēra tīkls ar pagaidu elektrostatiskām saiknēm, kas ir pietiekami stabils normālam kalpošanas laikam, bet jutīgs pret okeāna sāļumu.
Šī ķīmiskā atšķirība ir ļoti svarīga: tas nav plastmasas materiāls, kas “ātrāk sadalās”, bet plastmasas materiāls, kas maina savu dabu, tiklīdz nonāk saskarē ar jūras ūdeni.
Materiāla izturību nodrošina jonu saites — atgriezeniskas saites starp molekulām ar pretējiem lādiņiem. Saldūdens vidē šīs saites labi saglabājas. Bet, kad plastmasa nonāk saskarē ar jūras ūdeni, kas ir bagāts ar nātrija un hlorīdu joniem, šie joni sāk konkurēt ar šīm saitēm un tās pārrauj.
Rezultātā materiāls disociējas un pārvēršas šķīdumā, nevis sadalās cietos fragmentos. Neatliek ne neredzamu mikroplastmasu, ne arī izturīgas daļiņas, kas varētu nokļūt pārtikas ķēdē vai uzkrāties nogulsnēs.
Lai novērstu priekšlaicīgu sabrukšanu, plastmasai ir ļoti plāna aizsargslānis, kas garantē stabilitāti lietošanas laikā, bet ne daudzus gadus, ja tā nejauši nokļūst vidē.
Plastmasa, kas spēj pielāgoties: no elastīgām plēvēm līdz cietām loksnēm.
Komanda atklāja, ka sākotnējie sastāvi bija pārāk cieti, kas ir izplatīts ierobežojums celulozes bāzes materiāliem. Lai atrisinātu šo problēmu, viņi pievienoja holīna hlorīdu, plastifikatoru, kas ļauj polimēru ķēdēm slīdēt viena pret otru, nesaplīstot.
Veicot nelielas korekcijas, materiāls var uzvesties kā elastīga plēve vieglām iepakojumam, caurspīdīga loksne ar biezumu 0,07 mm vai cietāks materiāls vienkāršai iepakošanai.
Mehānisko testu laikā daži varianti parādīja 130 % pagarinājumu, kas ir piemērots lietošanai vieglā pārtikas iepakojumā.
Kā praktisku demonstrāciju komanda izgatavoja augļu maisiņu, kas viegli izturēja vairāku tomātu svaru — tieši tos produktus, kas visbiežāk nonāk jūrā.
Šī plastmasas izcilā īpašība ir tā, ka tā nesadalās. Tā neplīst. Tā neveido starpproduktus. Tā nerada noturīgus atkritumus.
Tā vietā tas kļūst šķīstošs, pilnībā pakļaujas dabiskām ķīmiskām reakcijām un izvairās no lēna sadalīšanās procesa, kas raksturīgs mūsdienu jūras vides piesārņojumam.
Šis moments ir izšķirošs, jo mikroplastmasu kļūst arvien grūtāk izsekot un iznīcināt . To atrod gliemenēs, zivīs, virtuves sālī un pat cilvēka audos. Vienīgā dzīvotspējīgā ilgtermiņa stratēģija ir samazināt tās izcelsmes avotus.
Materiāls, ko var pārstrādāt slēgtā ciklā.
Interesanti, ka izšķīdināšana nenozīmē materiāla zudumu. Pētnieki ir pierādījuši, ka sastāvdaļas var atjaunot, pievienojot elektrolītu, kas liek polimēru ķēdēm pārveidoties. Tādējādi to pašu materiālu var ražot atkārtoti, neizmantojot papildu augu izejvielas.
Tomēr problēma ir loģistika: izšķīdušā polimēra ieguvei ir nepieciešamas pielāgotas savākšanas sistēmas, kas pagaidām vēl ir tālu no realizācijas lielā mērogā. Bet šī koncepcija atver durvis jauniem ķīmiskās pārstrādes modeļiem, kas balstās uz šķīdību, nevis sasmalcināšanu.
Ja šo materiālu izdosies ražot rūpnieciskā mērogā, tas varētu mazināt vienu no nopietnākajām problēmām: mikroplastmasas uzkrāšanos jūras ekosistēmās. Tā ātra sadalīšanās sālsūdenī ierobežos fragmentu klātbūtni, kuru iznīcināšanai nepieciešami desmitiem gadu.
Turklāt tajā tiek izmantotas augu izcelsmes izejvielas un ūdens procesi, samazinās atkarība no naftas, tiek izslēgti toksiskie šķīdinātāji un piedāvāts sadalīšanās mehānisms, kas ir saderīgs ar reālajiem vides apstākļiem, nevis tikai ar rūpnieciskām komposta iekārtām.
Piekrastes, lauksaimniecības vai tūrisma reģionos, kur iepakojuma noplūdes ir izplatīta parādība, tā izmantošana var kalpot kā papildu vides aizsardzības pasākums.
Tas neaizstāj patēriņa samazināšanu vai efektīvākas pārvaldības sistēmas, bet ir lielisks solis uz priekšu: plastmasa, kas iztur slodzi, kad tas ir nepieciešams… un pazūd, kad viss pārējais kļūst nederīgs.
