Programovateľný plast: Rozpad za dni, mesiace či roky?

Chemici inšpirovaní prírodnými polymérmi ako DNA vyvinuli technológiu, vďaka ktorej sa plast rozloží po skončení svojej životnosti, čím sa znižuje environmentálna záťaž.

Ročne vyhodíme stovky miliónov ton plastu. Vedci hľadajú riešenia, ako obmedziť jeho negatívny dopad na životné prostredie. Nový prístup spočíva v chemickej úprave plastov tak, aby napodobňovali prírodné polyméry, ako je DNA. Tým sa zabezpečí ich rozpad v priebehu dní, mesiacov alebo rokov, namiesto toho, aby sa v prírode hromadili celé storočia. Cieľom je vytvoriť plastové výrobky, ktoré po splnení svojej funkcie bezpečne zaniknú.

V roku 2022 skončilo v odpade viac ako štvrť miliardy ton plastu, pričom recyklovaných bolo len 14 percent. Zvyšok bol spálený alebo zakopaný. Hľadanie praktického, biologicky rozložiteľného plastu trvá už viac ako 35 rokov a zahŕňa využitie rôznych materiálov, od bambusu po morské riasy. Mnohé z týchto materiálov je však ťažké kompostovať a výrobcovia často preháňajú ich vlastnosti.

Yuwei Gu a jeho tím z Rutgersovej univerzity vyvíjajú technológiu na výrobu plastov s presne nastavenou životnosťou. Tieto plasty by sa mali rýchlo rozložiť v komposte alebo priamo v prírode.

Komentár redakcie: Otázka, či sa tieto rozpadnuté fragmenty plastu skutočne dajú bezpečne uvoľniť do prostredia, je zásadná. Aj keď je technológia sľubná, rozsiahle testovanie je nevyhnutné pred jej implementáciou.

Gu sa zamýšľal nad tým, prečo sa prírodné polyméry s dlhými reťazcami, ako DNA a RNA, dokážu relatívne rýchlo rozložiť, zatiaľ čo syntetické polyméry, ako plasty, nie. Hľadal spôsob, ako napodobniť proces rozkladu prírodných polymérov.

Prírodné polyméry obsahujú chemické štruktúry, ktoré napomáhajú deštrukcii. Tieto štruktúry spúšťajú vnútorné reakcie, ktoré narúšajú väzby v polymérnych reťazcoch. Pri bežných plastoch si tento proces vyžaduje veľké množstvo energie.

Gu a jeho tím vytvorili umelé chemické štruktúry, ktoré napodobňujú tieto vlastnosti, a pridali ich pri výrobe nových plastov. Zistili, že výsledný materiál sa ľahko rozkladá a že úpravou štruktúry prídavných látok môžu presne regulovať, ako dlho materiál zostane neporušený pred rozpadom.

Po rozklade plastu sa dlhé polymérne reťazce rozpadnú na menšie fragmenty, ktoré by sa podľa Gu mali dať použiť na výrobu nových plastov alebo sa bezpečne rozložiť v prostredí.

„Táto stratégia je najvhodnejšia pre plasty, pri ktorých je žiaduce riadené rozloženie v priebehu dní až mesiacov. Vidíme silný potenciál pre aplikácie ako balenie potravín a iné spotrebné materiály s krátkou životnosťou,“ hovorí Gu. „V súčasnosti je menej vhodná pre plasty, ktoré musia zostať stabilné desaťročia, ako sú stavebné materiály alebo dlhodobé konštrukčné komponenty.“

Pred komerčným využitím tohto typu plastu je však potrebné vyriešiť niekoľko problémov. Tekutina, ktorá zostane po rozklade plastov, obsahuje fragmenty polymérnych reťazcov. Potrebné sú ďalšie testy, aby sa zabezpečilo, že táto zmes nie je toxická a môže sa bezpečne uvoľniť do prírody.

Na spustenie rozkladu je v súčasnosti potrebné ultrafialové svetlo, hoci postačuje aj bežné slnečné svetlo. Kým tím nenájde spôsob, ako vytvoriť materiály, ktoré sa rozkladajú v tme, akýkoľvek plast, ktorý je zakopaný alebo inak zakrytý, zostane v prostredí takmer natrvalo.