חוקרים סינים פיתחו "פלסטיק חי" שמתפרק תוך שישה ימים

העבודה הגיעה ממכון הטכנולוגיה של חרבין וממכוני שנזן לטכנולוגיה מתקדמת, חלק מהאקדמיה הסינית למדעים. החוקרים בנו את החומר סביב פולי-קפרולקטון, המכונה PCL. זהו פולימר מתכלה שכבר משמש בהדפסה תלת-ממדית ובתפרים כירורגיים. לתוך פולימר זה, הצוות הטמיע נבגים רדומים של החיידק Bacillus subtilis. נבגים אלה הונדסו גנטית כדי לייצר אנזימים המפרקים פלסטיק כאשר הם מופעלים.

המחקר פורסם ב-ACS Applied Polymer Materials.

כיצד פועל תהליך הפירוק

החומר מתנהג כמו פלסטיק רגיל עד שמישהו בוחר להפעיל אותו. הוספת מצע מזין מעירה את הנבגים. משם מתחיל תהליך אנזימטי בן שני שלבים. האנזים הראשון חותך שרשראות פולימר ארוכות לרסיסים קצרים יותר. האנזים השני מפרק את הרסיסים הללו למרכיבים הכימיים הבסיסיים שלהם. רצף זה מונע את הפירוק הלא שלם שמייצר מיקרופלסטיק.

הפירוק המלא נמשך שישה ימים במחקר. ציר זמן זה חל לאחר הפעלה מכוונת, ולא מרגע הייצור. הפלסטיק שומר על חוזקו המכני במהלך שימוש רגיל. זוהי כוונת התכנון.

החוקרים ייצרו גם אלקטרודה מפלסטיק לבישה מאותו חומר. היא פעלה כצפוי במהלך השימוש ולאחר מכן התקלקלה תוך כשבועיים.

למה מיקרופלסטיק הופך את זה למשמעותי

פלסטיק קונבנציונלי מתכלה לאט ולא אחיד. התוצאה היא הצטברות של חלקיקי מיקרופלסטיק בקרקעות, נתיבי מים ומערכות אקולוגיות ימיות. חלקיקים אלה מזוהים כיום בדם אנושי, ברקמת ריאה ובשרשראות מזון ברחבי העולם. היקף הזיהום מתועד היטב על ידי גופים, כולל תוכנית הסביבה של האו"ם.

חומר הנבגים PCL עוקף את הבעיה הזו לחלוטין. מכיוון שהתהליך האנזימטי פועל בשני שלבים, הפולימר אינו נתקע בשלב הפרגמנטציה. הוא מגיע עד לאבני הבניין המולקולריות. האם אבני הבניין הללו שפירות בכל ההקשרים הסביבתיים היא שאלה שחומר המקור אינו עוסק בה, ו-Climate Solutions News אינו יכול לאמת זאת באופן עצמאי.

תחום הביולוגיה הסינתטית עוסק במשך שנים בחומרים המתפרקים מעצמם. מחקר זה הוא אחת ההדגמות הקונקרטיות יותר של הפעולה של הקונספט ברמת החומר, עם ציר זמן מוגדר ומנגנון שפורסם.

הפער בין תוצאות מעבדה ליישום בקנה מידה גדול

התוצאות ספציפיות לתנאי מעבדה מבוקרים. מנגנון ההפעלה דורש מצע תזונתי. ניתן לנהל זאת במסגרות סילוק תעשייתיות או רפואיות. פחות ברור כיצד טריגר כזה יפעל בזרמי פסולת צרכנית, שבהם תנאי הסילוק משתנים מאוד.

צוות המחקר בוחן כעת האם ניתן להרחיב את הגישה לסוגי פולימרים אחרים. הם גם בוחנים הסתגלות לסביבות מימיות. זיהום פלסטיק בנהרות ובאוקיינוסים קשה במיוחד לטיפול לאחר שחומר נכנס למערכות אלו. פלסטיק שניתן להפעילו ולהתפרק במלואו במים ישנה באופן משמעותי את חישוב הסילוק. חומר המקור מתאר זאת ככיוון חקירה, ועדיין לא פורסמו תוצאות מעבודה זו.

PCL הוא פולימר נישתי יחסית כיום. הוא מתכלה ביולוגית בתנאים הנכונים, אך הוא תופס נתח קטן מייצור הפלסטיק העולמי. סוגי הפלסטיק הדומיננטיים מבחינת נפח, כולל פוליאתילן, פוליפרופילן ו-PET, מציבים אתגר כימי שונה. האם ניתן להתאים פירוק מבוסס נבגים לחומרים אלה היא שאלה פתוחה.

איפה זה ניצב בוויכוח הרחב יותר על פלסטיק

ייצור הפלסטיק העולמי עלה על 400 מיליון טון בשנת 2022, על פי ה-OECD. שיעורי המיחזור נותרו נמוכים. רוב הפלסטיק מגיע בסופו של דבר למטמנות, שריפות או לסביבה. הלחץ הרגולטורי גובר, כאשר המשא ומתן על אמנת הפלסטיק העולמית של האו"ם עדיין נמשך נכון לאמצע 2025.

מחקר PCL אינו עוסק בצד הייצור של המשוואה הזו. הוא עוסק בסילוק. עבור משקיעים וקובעי מדיניות הצופים במרחב מדעי החומרים, ההבחנה חשובה. פתרונות סוף חיים אינם מפחיתים את נפחי הייצור. הם יכולים, באופן עקרוני, להפחית את הנטל הסביבתי של מה שכבר מיוצר.

המחקר שפורסם מראה הוכחת היתכנות. החומר מתפרק במלואו, בציר זמן מוגדר, באמצעות מנגנון ידוע. הטמעת היתכנות זו בצינורות ייצור, מערכות פסולת ומסגרות רגולטוריות היא אתגר נפרד. החוקרים לא טענו אחרת.

מה שהעבודה כן מראה הוא שתכנון חומרים כך שייעלמו לפי דרישה הוא בר השגה מבחינה טכנית. זוהי נקודת התחלה שונה מזו שהייתה לתעשייה במשך רוב המאה האחרונה.