Kiinalainen tiedemiesryhmä on luonut muovin, joka voi hajota täysin kuudessa päivässä. Materiaali ei jätä jälkeensä mikromuovihiukkasia. Tämä yhdistelmä on harvinainen ja tärkeä.
Työ tehtiin Harbinin teknillisessä instituutissa ja Shenzhenin edistyneen teknologian instituutissa, jotka ovat osa Kiinan tiedeakatemiaa. Tutkijat rakensivat materiaalin polykaprolaktonin eli PCL:n ympärille. Kyseessä on biohajoava polymeeri, jota käytetään jo 3D-tulostuksessa ja kirurgisissa ompeleissa. Polymeeriin tiimi upotti Bacillus subtilis -bakteerin lepotilassa olevia itiöitä. Nämä itiöt muunnettiin geneettisesti tuottamaan muovia hajottavia entsyymejä, kun ne aktivoituivat.
Tutkimus julkaistiin ACS Applied Polymer Materials -lehdessä.
Miten hajoamisprosessi toimii
Materiaali käyttäytyy kuin tavallinen muovi, kunnes joku päättää aktivoida sen. Ravintoalustan lisääminen herättää itiöt. Tämän jälkeen alkaa kaksivaiheinen entsymaattinen prosessi. Ensimmäinen entsyymi pilkkoo pitkät polymeeriketjut lyhyemmiksi fragmenteiksi. Toinen entsyymi hajottaa nämä fragmentit niiden peruskemiallisiin ainesosiin. Tämä prosessi estää epätäydellisen hajoamisen, joka tuottaa mikromuoveja.
Täysi hajoaminen kesti tutkimuksessa kuusi päivää. Tämä aikajana koskee tarkoituksellisen aktivoinnin jälkeen tapahtuvaa käyttöä, ei valmistushetkestä. Muovi säilyttää mekaanisen lujuutensa normaalin käytön aikana. Tämä on suunnittelun tarkoitus.
Tutkijat valmistivat samasta materiaalista myös puettavan muovielektrodin. Se toimi odotetusti käytössä, mutta hajosi sitten noin kahdessa viikossa.
Miksi mikromuovit tekevät tästä merkittävää
Perinteinen muovi hajoaa hitaasti ja epätasaisesti. Tuloksena on mikromuovihiukkasten kertyminen maaperään, vesistöihin ja meriekosysteemeihin. Näitä hiukkasia havaitaan nyt ihmisveressä, keuhkokudoksessa ja ravintoketjuissa maailmanlaajuisesti. Saastumisen laajuus on hyvin dokumentoitu muun muassa YK:n ympäristöohjelman toimesta.
PCL-itiömateriaali kiertää tämän ongelman kokonaan. Koska entsymaattinen prosessi tapahtuu kahdessa vaiheessa, polymeeri ei pysähdy fragmenttivaiheessa. Se etenee aina molekyylirakenteisiin asti. Lähtömateriaali ei käsittele sitä, ovatko nämä rakennuspalikat vaarattomia kaikissa ympäristöyhteyksissä, eikä Climate Solutions News voi varmistaa tätä itsenäisesti.
Synteettisen biologian alalla on tutkittu itsehajoavia materiaaleja vuosien ajan. Tämä tutkimus on yksi konkreettisimmista esityksistä konseptin toimivuudesta materiaalitasolla, määritellyn aikajanan ja julkaistun mekanismin avulla.
Laboratoriotulosten ja skaalatun sovelluksen välinen ero
Tulokset ovat spesifisiä kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa. Aktivaatiomekanismi vaatii ravintoalustan. Se on hallittavissa teollisissa tai lääketieteellisissä hävitysympäristöissä. On vähemmän selvää, miten tällainen laukaisija toimisi kuluttajajätevirroissa, joissa hävitysolosuhteet vaihtelevat suuresti.
Tutkimusryhmä selvittää parhaillaan, voidaanko lähestymistapaa laajentaa muihin polymeerityyppeihin. He selvittävät myös sopeutumista vesiympäristöihin. Jokien ja valtamerien muovisaasteeseen on erityisen vaikea puuttua, kun materiaalia on päässyt näihin järjestelmiin. Muovi, joka voitaisiin aktivoida ja hajottaa täysin vedessä, muuttaisi merkittävästi hävityslaskentaa. Lähdemateriaalissa tätä kuvataan tutkimussuunnaksi, eikä kyseisen työn tuloksia ole vielä julkaistu.
PCL on tällä hetkellä suhteellisen kapea polymeeri. Se on biohajoava oikeissa olosuhteissa, mutta sen osuus maailmanlaajuisesta muovintuotannosta on pieni. Tilavuudessa vallitsevat muovit, kuten polyeteeni, polypropeeni ja PET, asettavat erilaisen kemiallisen haasteen. On avoin kysymys, voidaanko itiöpohjaista hajoamista soveltaa näihin materiaaleihin.
Missä tämä sijoittuu laajempaan muovikeskusteluun
OECD:n mukaan maailmanlaajuinen muovintuotanto ylitti 400 miljoonaa tonnia vuonna 2022. Kierrätysasteet ovat edelleen alhaiset. Suurin osa muovista päätyy kaatopaikoille, poltettavaksi tai ympäristöön. Sääntelypaineet kasvavat, ja YK:n maailmanlaajuiset muovisopimusneuvottelut ovat edelleen käynnissä vuoden 2025 puolivälissä.
PCL-tutkimus ei käsittele yhtälön tuotantopuolta. Se käsittelee hävittämistä. Materiaalitieteen alaa seuraaville sijoittajille ja päättäjille tällä erolla on merkitystä. Elinikäisen poiston ratkaisut eivät vähennä tuotantomääriä. Ne voivat periaatteessa vähentää jo tuotetun jätteen ympäristökuormitusta.
Julkaistu tutkimus osoittaa konseptin toimivuuden. Materiaali hajoaa täysin määritellyn aikajanan mukaisesti tunnetulla mekanismilla. Konseptin skaalaaminen tuotantoputkistoihin, jätehuoltojärjestelmiin ja sääntelykehyksiin on erillinen haaste. Tutkijat eivät ole väittäneet muuta.
Työ osoittaa, että materiaalien suunnittelu siten, että ne katoavat kysynnän mukaan, on teknisesti mahdollista. Tämä on erilainen lähtökohta kuin mitä teollisuudella on ollut suurimman osan viime vuosisataa.
