Исследовательская группа обнаружила, что новые биоразлагаемые пластмассы можно компостировать прямо у вас во дворе

Мы используем пластик практически во всех аспектах нашей жизни. Эти материалы дешевы в изготовлении и невероятно стабильны. Проблема возникает, когда мы перестаем использовать что-то пластиковое — оно может сохраняться в окружающей среде годами. Со временем пластик распадется на более мелкие фрагменты, называемые микропластиком, что может создать серьезные проблемы для окружающей среды и здоровья. Лучшим решением было бы использовать вместо этого биоразлагаемые пластики, но многие из этих биопластиков не предназначены для разложения. в условиях компостирования на заднем дворе. Их необходимо перерабатывать на коммерческих предприятиях по компостированию, которые доступны не во всех регионах страны. Команда под руководством исследователей из Вашингтонского университета разработала новые биопластики, которые разлагаются в том же временном интервале, что и банановая кожура в контейнере для компоста на заднем дворе. Эти биопластики полностью изготовлены из порошкообразных клеток сине-зеленых цианобактерий, также известных как спирулина. Команда использовала тепло и давление, чтобы придать порошку спирулины различные формы — та же технология обработки, которая используется для создания обычных пластмасс. Биопластики, созданные командой UW, обладают механическими свойствами, сравнимыми с одноразовыми пластиками, полученными из нефти. Команда опубликовала эти результаты 20 июня в журнале Advanced Functional Materials. , но при этом он поддается переработке, масштабированию и вторичной переработке», — сказала старший автор Элефтерия Румели, доцент кафедры материаловедения и инженерии Университета Вашингтона. «Биопластики, которые мы разработали с использованием только спирулины, не только имеют профиль разложения, аналогичный органическим отходам, но также в среднем в 10 раз прочнее и жестче, чем ранее сообщалось о биопластиках на основе спирулины. Эти свойства открывают новые возможности для практического применения пластиков на основе спирулины в различных отраслях промышленности, включая одноразовую упаковку для пищевых продуктов или бытовой пластик, такой как бутылки или подносы». Исследователи решили использовать спирулину для изготовления биопластиков по нескольким причинам. Прежде всего, его можно выращивать в больших масштабах, поскольку люди уже используют его для производства различных продуктов питания и косметики. Кроме того, клетки спирулины поглощают углекислый газ по мере роста, что делает эту биомассу углеродно-нейтральным или потенциально углеродоотрицательным сырьем для пластмасс. «Спирулина также обладает уникальными огнестойкими свойствами», — сказал ведущий автор Хариш Айер, специалист по материаловедению из Университета Вашингтона. и докторант инженерного дела. «При воздействии огня он мгновенно самозатухает, в отличие от многих традиционных пластиков, которые либо воспламеняются, либо плавятся. Эта огнестойкая характеристика делает пластмассы на основе спирулины выгодными для применений, где традиционные пластмассы могут оказаться непригодными из-за их воспламеняемости. Одним из примеров могут быть пластиковые стойки в центрах обработки данных, поскольку системы, используемые для охлаждения серверов, могут сильно нагреваться». Человек, работающий в химическом колпаке. В колпаке расположена бунзеновская горелка с пламенем. Человек подносит к пламени стержень материала, но материал не горит. Одним из преимуществ использования спирулины для изготовления биопластиков является то, что она обладает огнестойкими свойствами. Здесь Мэллори Паркер, аспирант Университета Вашингтона в области материаловедения и инженерии, демонстрирует, что биопластик, которому придали форму балки, не воспламеняется и не плавится. Марк Стоун/Университет Вашингтона. Создание пластиковых изделий часто включает в себя процесс, в котором используются тепло и давление. придать пластику нужную форму. Команда Университета Вашингтона применила аналогичный подход к своим биопластикам. «Это означает, что нам не придется перепроектировать производственные линии с нуля, если мы хотим использовать наши материалы в промышленных масштабах», — сказал Румели. «Мы устранили один из распространенных барьеров между лабораторией и расширением ее масштабов для удовлетворения промышленного спроса. Например, многие биопластики изготавливаются из молекул, которые извлекаются из биомассы, такой как морские водоросли, и смешиваются с модификаторами производительности перед изготовлением пленок. Этот процесс требует, чтобы материалы были в форме раствора перед отливкой, и это невозможно масштабировать». Другие исследователи использовали спирулину для создания биопластиков, но биопластики исследователей из Университета Вашингтона намного прочнее и жестче, чем предыдущие попытки. Команда Университета Вашингтона оптимизировала микроструктуру и связь внутри этих биопластиков, изменяя условия их обработки — такие как температура, давление и время в экструдере или горячем прессе — и изучая структурные свойства полученных материалов, включая их прочность, жесткость и ударную вязкость. Паркер, аспирант Университета Вашингтона в области материаловедения и инженерии, добавляет порошок спирулины в форму для логотипа Университета Вашингтона. Как только эта форма будет подвергнута горячему прессу, из нее получится кусок пластика в форме логотипа UW. Марк Стоун / Вашингтонский университет. Эти биопластики не совсем готовы к масштабированию для промышленного использования. Например, хотя эти материалы прочны, они все же довольно хрупкие. Еще одна проблема заключается в том, что они чувствительны к воде. «Вы не хотели бы, чтобы на эти материалы попадал дождь», — сказал Айер. Команда занимается решением этих проблем и продолжает изучать фундаментальные принципы, определяющие поведение этих материалов. Исследователи надеются разработать ассортимент биопластиков для различных ситуаций. Это будет похоже на разнообразие существующих пластиков на основе нефти. Недавно разработанные материалы также подлежат вторичной переработке. «Биоразложение не является нашим предпочтительным сценарием окончания срока службы», — сказал Румели. «Наши биопластики из спирулины подлежат вторичной переработке посредством механической переработки, которая очень доступна. Однако люди не часто перерабатывают пластик, поэтому дополнительным бонусом является то, что наши биопластики быстро разлагаются в окружающей среде». Соавторами этой статьи являются аспиранты Университета Вашингтона в области материаловедения и инженерии Ян Кэмпбелл и Мэллори Паркер; Пол Гранджордж, постдокторант Университета Вашингтона в области материаловедения и инженерии; Эндрю Хименес, который завершил эту работу в качестве постдокторанта Университета Вашингтона в области материаловедения и инженерии и сейчас работает в Intel; Майкл Холден, студент магистратуры Университета Вашингтона, изучающий материаловедение и инженерию; Матанги Венкатеш, студент Университета Вашингтона, изучающий химическое машиностроение; Марисса Нельсен, завершившая эту работу, будучи студенткой Университета Вашингтона, изучавшей биологию; и Бичлиен Нгуен, главный исследователь Microsoft. Это исследование финансировалось Microsoft, Meta и Национальным научным фондом.