Naukowcy z Georgia Institute of Technology opracowali biodegradowalny materiał, który może zastąpić plastikowe opakowania na żywność. Nowy materiał wykonany został z muszli krabów oraz włókien drzewnych.
Naukowcy na całym świecie starają się opracować trwałe i biodegradowalne materiały, które mogą przynieść te same praktyczne korzyści, co polimery na bazie ropy naftowej. Badacze z Georgia Institute of Technology zwrócili uwagę na dwa najczęstsze naturalne biopolimery: celulozę i chitynę. Ten pierwszy można pozyskać z roślin, drugi natomiast występuje u skorupiaków i owadów.
- Główną wartością odniesienia, do której się porównujemy jest PET - Poli(tereftalan etylenu). To jeden z najpopularniejszych materiałów na bazie ropy naftowej, który można zobaczyć chociażby w postaci butelek do napojów. Nasz materiał wykazał 67-procentową redukcję przepuszczalności tlenu w stosunku do niektórych form PET, co oznacza, że teoretycznie może dłużej utrzymywać świeżość żywności – powiedział J. Carson Meredith, profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej z Georgia Tech.
Rezultaty prac naukowców ukazały się na łamach „ACS Sustainable Chemistry & Engineering”.
Nowy produkt wytwarza się przez natryskiwanie naprzemiennych warstw chityny i włókien celulozowych, pochodzących odpowiednio z wyrzuconych skorup krabów i pulpy drzewnej. Wcześniej nanowłókna celulozowe i chitynowe biorą kąpiel w specjalnych roztworach. Natrysk prowadzony jest na podłoże z kwasu polimlekowego – polilaktydu, który otrzymywany jest z surowców naturalnych, takich jak np. mączka kukurydziana. W ten sposób powstaje silny, elastyczny i co najważniejsze, biodegradowalny materiał.
Meredith przyznał, że jego zespół badał chitynę do innego projektu. Ale badacze obserwując właściwości molekularne włókna uznali, że mogą one sprawdzić się, jako zamiennik tworzyw sztucznych. Ponieważ nanowłókna chitynowe są naładowane dodatnio, a nanokryształy celulozy są naładowane ujemnie, naukowcy zdali sobie sprawę, że ten duet może być idealnym rozwiązaniem dla nowych materiałów kompozytowych.
- Od kilku lat przyglądaliśmy się nanokryształom celulozy i szukaliśmy sposobów na ich ulepszenie do zastosowania w lekkich kompozytach, jak również w pakowaniu żywności – przyznał Meredith. Biodegradowalny materiał o właściwościach stosowanych obecnie polimerów ma ogromny potencjał komercyjny. Zwłaszcza biorąc pod uwagę fakt rosnących z rok na rok odpadów z tworzyw sztucznych.
Nowy materiał może pomóc w rozwiązaniu globalnego kryzysu związanego z zanieczyszczeniem tworzywem sztucznym. Wspomniany wcześniej PET - polimer stosowany na ogromną skalę – w środowisku naturalnym rozkłada się setki lat. Większość z wyprodukowanych tworzyw sztucznych trafia na wysypiska śmieci. Wiele dostaje się do oceanów, gdzie tworzą ogromne wyspy śmieci i zanieczyszczają nawet najodleglejsze rejony. Szkodzą przy tym organizmom morskim oraz potencjalnie ludziom, którzy je spożywają.
Od początków lat 50., kiedy ruszyła na masową skalę produkcja tworzyw sztucznych, ludzkość wytworzyła 8,3 mld ton plastiku, z czego 6,3 mld ton stało się już odpadami. Masę wyprodukowanych tworzyw sztucznych można porównać do 822 tys. wież Eiffla lub miliarda słoni, a gdyby równo rozłożyć cały ten materiał, zajął by on powierzchnie Argentyny.
Z powstałych z plastiku odpadów ogółem tylko 9 procent zostało poddanych recyklingowi, 12 procent zostało spalonych, a 79 procent zgromadzonych na składowiskach lub w środowisku naturalnym. Jeśli produkcja utrzyma się na dotychczasowym poziomie, do 2050 r. będziemy mieli 12 mld ton plastikowych odpadów. Analiza produkcji, użycia i dalszych losów tworzyw sztucznych ukazała się ubiegłym roku. Więcej na ten temat można przeczytać w tekście: Wyprodukowaliśmy ponad 8 mld ton plastiku. Większość trafiła na śmietnik.
Naukowcy z Georgia Institute of Technology mają nadzieję, że opracowany przez nich materiał posłuży jako bardziej zrównoważony zamiennik elastycznych plastikowych opakowań używanych do utrzymywania świeżości produktów spożywczych.
Jednak do komercjalizacji produktu jeszcze daleka droga. Naukowcy najpierw będą musieli znaleźć sposób na opłacalną produkcję nowego materiału w dużej skali, by przekonać producentów żywności do zastosowania tej technologii.
Źródło: Georgia Institute of Technology, fot. Allison Carter/Georgia Tech
