Spasonosno rješenje za unakaženi planet?:
Japanci izumili plastiku koja se raspada u moru za nekoliko sati

Jesu li mudri Japanci našli spasonosno rješenje za svijet, more, kopno… čitav planet? Ljudsko bezumlje, neumjerenost i divljaštvo naspram vlastite okoline i svih drugih živih i neživih organizama na Zemlji rezultiralo je katastrofalnim zagađenjem čitavog planeta, posebice plastikom. Plastika se nalazi posvuda: ima je na Mount Everestu i u Marijanskom brazdi, u rijekama, u oceanima plutaju kontinenti plastike, mikroplastika se nalazi u ljudskom organizmu… posvuda. A se zna da je plastičnoj boci potrebno i tisuću godina da se raspadne u tlu…

Možda ipak ima nade. Istraživači u Japanu razvili su plastiku koja se otapa u morskoj vodi u roku od nekoliko sati, nudeći potencijalno rješenje za modernu pošast koja zagađuje oceane i šteti divljim životinjama, javio je Reuters.

Iako znanstvenici već dugo eksperimentiraju s biorazgradivom plastikom, istraživači iz Riken Centra za znanost o novonastaloj materiji i Sveučilišta u Tokiju kažu da se njihov novi materijal razgrađuje puno brže i ne ostavlja tragove.

U laboratoriju u gradu Wako blizu Tokija, tim je demonstrirao nestanak malog komada plastike u posudi sa slanom vodom nakon što je miješana oko sat vremena.

Iako tim još nije detaljno opisao nikakve planove za komercijalizaciju, voditelj projekta Takuzo Aida rekao je da je istraživanje privuklo značajan interes, uključujući i one iz sektora pakiranja.

Znanstvenici diljem svijeta utrkuju se u razvoju inovativnih rješenja za rastuću krizu plastičnog otpada, a Program UN-a za okoliš predviđa da će se onečišćenje plastikom utrostručiti do 2040. godine, što će svake godine dodati 23 do 37 milijuna tona otpada u svjetske oceane.

„Djeca ne mogu birati planet na kojem će živjeti. Naša je dužnost kao znanstvenika osigurati im najbolji mogući okoliš. Novi materijal čvrst kao plastika na bazi nafte, ali se raspada na svoje izvorne komponente kada je izložen soli.Te komponente zatim mogu dalje obrađivati ​​prirodne bakterije, čime se izbjegava stvaranje mikroplastike koja može štetiti vodenom životu i ući u hranidbeni lanac.Budući da je sol prisutna i u tlu, komad veličine oko 5 cm raspada se na kopnu nakon više od 200 sati. Materijal se nakon premazivanja može koristiti kao obična plastika, a tim usmjerava svoja trenutna istraživanja na najbolje metode premazivanja. Plastika je netoksična, nezapaljiva i ne emitira ugljikov dioksid – kaže dr. Aida.

Umjetnički prikaz nove plastike. Umreženi mostovi soli vidljivi u plastici izvan morske vode daju joj strukturu i čvrstoću. U morskoj vodi (i u tlu, nije prikazano), ponovno soljenje uništava mostove, čineći je topljivom u vodi, čime se sprječava stvaranje mikroplastike i omogućuje da plastika postane biorazgradiva.

Sve više mikroplastike nalazimo i u našim tijelima, uključujući krv i mozak. Iako utjecaj na okoliš i ljudsko zdravlje još uvijek nije u potpunosti shvaćen, poznato je da ovi onečišćujući materijali uzrokuju niz problema u morskim i kopnenim ekosustavima, uključujući usporavanje rasta životinja, što utječe na plodnost i uzrokuje disfunkciju organa.

Znanstvenici s RIKEN-a žele se uhvatiti u koštac s problemom mikroplastike u oceanu novim materijalom koji se biorazgrađuje u slanoj vodi.

-Sličan po težini i čvrstoći konvencionalnoj plastici, novi materijal mogao bi utrti novi put smanjenju onečišćenja plastikom, kao i smanjenju emisija stakleničkih plinova povezanih s izgaranjem plastike. Ova nova plastika kulminacija je njegovog tri desetljeća pionirskog rada kao stručnjaka za materijale zvane supramolekularni polimeri. Plastika je vrsta polimera koji se sastoji od malih molekula povezanih u duge lance jakim kovalentnim vezama za čije je kidanje potrebna velika energija. Nasuprot tome, supramolekularni polimeri imaju slabije, reverzibilne veze „poput ljepljivih papirića koje možete pričvrstiti i odlijepiti“.To supramolekularnim polimerima daje jedinstvena svojstva, poput sposobnosti ‘samozacjeljivanja’ kada se razbiju, a zatim ponovno pritisnu. Također ih je lako reciklirati korištenjem specifičnih otapala za razbijanje veza materijala na molekularnoj razini, što znači da se supramolekularni polimeri mogu lako ponovno upotrijebiti i prenamijeniti – kaže Takuzo Aida, znanstvenik za materijale koji vodi Istraživačku skupinu za funkciju emergentne meke materije u RIKEN Centru za znanost o emergentnoj materiji u Waku u Japanu.

Plastični proizvodi su posvuda s razlogom, kaže Aida. „Plastika, posebno polietilen tereftalat, koji se koristi u bocama, nevjerojatno je svestrana. Fleksibilna je, ali čvrsta, izdržljiva i reciklabilna. Teško je nadmašiti tu praktičnost.“

Biorazgradive plastike su se nudile kao alternativa, ali Aida kaže da su brzina i uvjeti pod kojima se razgrađuju bili veliki izazov. Na primjer, kaže on, značajne količine polilaktične kiseline (PLA), plastike koja se biorazgrađuje u tlu, pronađene su netaknute u oceanu jer joj treba predugo da se razgradi u standardnim uvjetima okoliša. Kao rezultat toga, na kraju završi netaknuta u oceanu. Budući da plastika poput PLA nije topljiva u vodi, s vremenom se polako razgrađuje u mikroplastiku koju bakterije, gljivice i enzimi ne mogu razgraditi.

Vođen osjećajem hitnosti za budućnost planeta, Aida je počeo tražiti načine kako bi supramolekularni materijali prevladali te izazove. „Ali reverzibilna priroda supramolekularnih polimernih veza ujedno je i njihova slabost, budući da se materijali prelako raspadaju“, kaže. „To je ograničavalo njihovu primjenu.“

Njegov tim krenuo je u otkrivanje kombinacije spojeva koji bi stvorili supramolekularni materijal s dobrom mehaničkom čvrstoćom, ali koji se pod pravim uvjetima može brzo razgraditi na netoksične spojeve i elemente. Aida je imao na umu specifičnu reakciju, onu koja bi zaključala molekularne veze materijala i koja bi se mogla poništiti samo određenim ‘ključem’ – soli.

Nakon što su proučili različite molekule, tim je otkrio da kombinacija natrijevog heksametafosfata (uobičajenog aditiva u hrani) i monomera na bazi gvanidinijevih iona (koji se koriste za gnojiva i poboljšivače tla) tvori ‘mostove soli’ koji vežu spojeve zajedno jakim umreženim vezama. Ove vrste veza služe kao ‘brava’, pružajući materijalu čvrstoću i fleksibilnost, objašnjava Aida.

„Probir molekula može biti kao traženje igle u plastu sijena“, kaže. „Ali mi smo rano pronašli kombinaciju, što nas je navelo na pomisao: ‘Ovo bi zapravo moglo funkcionirati’.“

U svojoj studiji, Aidin tim je proizveo mali sloj ovog supramolekularnog materijala miješanjem spojeva u vodi. Otopina se razdvojila u dva sloja, donji viskozni i gornji vodenasti, spontana reakcija koja je iznenadila tim. Viskozni donji sloj sadržavao je spojeve vezane solnim mostovima. Ovaj sloj je ekstrahiran i osušen kako bi se stvorio sloj sličan plastici.

Ploča nije bila samo čvrsta kao konvencionalna plastika, već i nezapaljiva, bezbojna i prozirna, što joj je davalo veliku svestranost. Važno je napomenuti da su se ploče degradirale natrag u sirovine kada su se namakale u slanoj vodi, jer su elektroliti u slanoj vodi otvorili ‘brave’ slanog mosta. Eksperimenti tima pokazali su da su se njihove ploče dezintegrirale u slanoj vodi nakon 8 i pol sati.

Ploču je također moguće učiniti vodootpornom hidrofobnim premazom. Čak i kada je vodootporna, tim je otkrio da se materijal može otopiti jednako brzo kao i nepremazane ploče ako se njegova površina izgrebe kako bi se omogućilo prodiranje soli, kaže Aida.

Poticanje promjene

Ne samo da je supramolekularni materijal razgradiv, već se Aida nada da bi se ono što ostane nakon njegove razgradnje moglo korisno ponovno upotrijebiti. Kada se razgradi, novi materijal njegovog tima ostavlja dušik i fosfor, koje mikrobi mogu metabolizirati, a biljke apsorbirati, objašnjava.

Međutim, Aida upozorava da to također zahtijeva pažljivo upravljanje: iako ovi elementi mogu obogatiti tlo, mogli bi i preopteretiti obalne ekosustave hranjivim tvarima, koje su povezane s cvjetanjem algi koje narušava cijele ekosustave. Najbolji pristup mogao bi biti uglavnom recikliranje materijala u kontroliranom postrojenju za obradu korištenjem morske vode. Na taj bi se način sirovine mogle ponovno iskoristiti za proizvodnju supramolekularne plastike, kaže on.

Osim razvoja alternativa plastici dobivenoj iz fosilnih goriva, Aida tvrdi da vlade, industrije i istraživači također moraju odlučno djelovati kako bi potaknuli promjene. Bez agresivnijih mjera, svjetska proizvodnja plastike – i odgovarajuće emisije ugljika – mogle bi se više nego udvostručiti do 2050. godine.

„S uspostavljenom infrastrukturom i tvorničkim linijama, industrija plastike izuzetno je izazovna za promjenu“, kaže Aida. „Ali vjerujem da će doći do prekretnice kada ćemo se morati snaći kroz promjene.“ I tehnologija poput ove bit će potrebna kada to vrijeme dođe.

Takuzo Aida

Takuzo Aida je direktor grupe u RIKEN Centru za znanost o emergentnoj materiji, smještenom u Waku, Saitama, Japan. Ovdje također vodi Istraživačku grupu za emergentne funkcije meke materije. Osim toga, ugledni je profesor na Sveučilištu u Tokiju. Aida je primio nekoliko značajnih priznanja i nagrada, uključujući Nagradu Američkog kemijskog društva za kemiju polimera (2009.), Nagradu Japanskog kemijskog društva (2009.), Ljubičastu vrpcu (2010.), Nagradu za istraživanje Alexandera von Humboldta (2011.) i Nagradu Leo Esaki (2015.). Njegova postignuća dodatno su prepoznata članstvom u Kraljevskoj nizozemskoj akademiji umjetnosti i znanosti 2020., Nacionalnoj inženjerskoj akademiji SAD-a 2021. i Američkoj akademiji umjetnosti i znanosti 2023.

RIKEN, Nacionalna agencija za istraživanje i razvoj, najveća je japanska sveobuhvatna istraživačka institucija poznata po visokokvalitetnim istraživanjima u raznolikom rasponu znanstvenih disciplina. Osnovana 1917. godine, isprva kao privatna istraživačka zaklada, RIKEN je brzo rastao po veličini i opsegu, a danas obuhvaća mrežu svjetski poznatih istraživačkih centara i instituta diljem Japana.

Umjetnički prikaz nove plastike. Umreženi mostovi soli vidljivi u plastici izvan morske vode daju joj strukturu i čvrstoću. U morskoj vodi (i u tlu, nije prikazano), ponovno soljenje uništava mostove, čineći je topljivom u vodi, čime se sprječava stvaranje mikroplastike i omogućuje da plastika postane biorazgradiva. © 2025 RIKEN