Огромното предизвикателство, което представляват пластмасовите отпадъци в световен мащаб, изглежда наближава нов етап. Изследователи, ръководени от инженера Максуд Рахман, в сътрудничество с университета Райс, са разработили биополимер, получен от бактерии , който би могъл да направи традиционната пластмаса нещо от миналото. Най-поразителният аспект на този пробив е, че полученият материал е не само толкова здрав, колкото някои търговски метали и пластмаси , но може и напълно да се разгради, без да оставя микропластмаси или замърсяващи остатъци – дългогодишно предизвикателство за опаковъчната и потребителската промишленост.
Този нов биоматериал е представен в престижното издание Nature Communications като спешен и жизнеспособен отговор на милионите тонове пластмасови отпадъци, които се натрупват на планетата всяка година и заплашват както екосистемите, така и качеството на въздуха и водата.
Бактериална нишка, която се конкурира със стъклото и някои метали
Ядрото на тази иновация се крие в бактериалния вид Novacetimonas hansenii . Тези микроорганизми имат способността да произвеждат фини целулозни влакна с нанометрова прецизност. Благодарение на процес, който подравнява тези влакна по време на растежа на бактериите в цилиндър с контролирана аерация, полученият материал постига якост на опън от 436 MPa и модул на еластичност от 32 GPa – стойности, които съперничат на тези на няколко материала, често използвани в промишлеността, включително фибростъкло. Всичко това, но с много по-ниска плътност и най-вече с пълна биоразградимост.
За да подобрят техническите възможности на биополимера, изследователите въвели нанолистове от боров нитрид в целулозната матрица. Този двуизмерен материал се отличава с изключителни механични свойства и топлопроводимост. Тези листове се интегрират по време на образуването на биополимера, увеличавайки крайната му якост до 553 MPa и утроявайки ефективността му на разсейване на топлината . Потенциалът на материала е толкова огромен, че се разглежда за широк спектър от приложения, от биоразградими контейнери и торби до компоненти в гъвкавата електронна индустрия и биомедицински приложения.
Освен това, тъй като е биосъвместим и прозрачен, материалът е тестван като превръзка за рани , показвайки подобрение в задържането на влага и ускоряване на лечебните процеси.
Многостранни приложения: от опаковки до лекарства
Универсалността на биополимерите е една от най-големите им предимства. Тъй като са ковки като хартията и здрави като стъклото, те са подходящи както за опаковки за еднократна употреба, така и за високотехнологични приложения, без риск от отделяне на пластмасови частици, които влияят на хранителната верига и човешкото здраве. Способността им да пропускат изпотяване, като същевременно предотвратяват преминаването на микроорганизми, ги прави полезни за медицински покрития и съвременни лечения. Иновациите в кръговата икономика и използването на устойчиви материали допълнително повишават стойността на тези постижения.
Основно предизвикателство: производство в голям мащаб без загуба на качество
В момента производството на този биополимер се поддържа в лабораторен мащаб, генерирайки около 7,5 милиграма на ден . Основното предизвикателство е в увеличаването на добива, без да се губят уникалните свойства на материала . Изследователският екип проучва използването на конвенционални биореактори за мащабиране на процеса, както и по-икономични и устойчиви алтернативи на боровия нитрид, като например нановлакна, получени от растения.
Този преход е от решаващо значение, защото цената и наличността на суровините ще определят дали този биополимер може на практика да замени пластмасите, получени от петрол, в опаковъчната индустрия и други потребителски сектори.
Нов цикъл на почистване в сравнение със сегашния цикъл на пластмаса
Биополимерът, базиран на бактериална целулоза, се разлага напълно при условия на компостиране, връщайки се към естествения цикъл, без да отделя въглероден диоксид, получен от изкопаеми горива. Освен това, тестовете показват, че след като материалът е подложен на хиляди цикли на употреба и натоварване , той запазва формата и структурния си капацитет, което го прави жизнеспособна алтернатива дори за структурни или топлоизолационни приложения.
Преди този биополимер да може масово да замени конвенционалните пластмаси, ще е необходима подробна оценка на целия му жизнен цикъл, въздействието от широкомащабното му използване и приемането му от потребителите и бизнеса. Напредъкът обаче е значителен: сега трайността на опаковките и продуктите вече не е задължително да означава наследство от неразрушими отпадъци за в бъдеще.
