Listovi inspirirali snažniju biorazgradivu plastiku
Prirodna inspiracija za kružnu ekonomiju: LEAFF bioplastična ambalaža inspirirana strukturom lista
Znanstvenici sa Sveučilišta Washington u St. Louisu razvili su novu bioplastiku inspiriranu strukturom lista — snažniju od naftne plastike, a koja se u tlu razgrađuje na sobnoj temperaturi.
Društvo se već desetljećima bori s plastičnim onečišćenjem i plastikom dobivenom iz nafte, a sve veća svijest o štetnim učincima mikroplastike na hranu i vodu pojačava pritisak na pronalazak alternativa. Biorazgradive verzije tradicionalnih plastika ili „bioplastike“ postoje, no one su se dosad razgrađivale samo u industrijskim kompostanama na visokim temperaturama i nisu bile dovoljno čvrste.
Istraživači sa Sveučilišta Washington u St. Louisu pronašli su rješenje inspirirani prirodom — strukturom lista. Dugo prije plastike, ljudi su hranu umatali u lišće koje se lako razgrađuje zahvaljujući strukturi bogatoj staničnim zidovima od celuloze. Kemijski inženjeri odlučili su tu prirodnu logiku preslikati u dizajn bioplastike, dodajući nanovlakna celuloze. U novom istraživanju koristili su varijaciju strukture nadahnute listovima kako bi poboljšali čvrstoću i razgradivost poli-hidroksi-butirata (PHB), plastike dobivene iz škroba, a tehniku su dodatno unaprijedili za polimliječnu kiselinu (polylactic acid – PLA).
Tržište plastične ambalaže vrijedno je 23,5 milijardi dolara, a na njemu dominiraju polietilen i polipropilen — polimeri dobiveni iz nafte koji se razgrađuju u štetne mikroplastike. Optimizirana bioplastika istraživača, nazvana LEAFF (Layered, Ecological, Advanced, and multi-Functional Film) – višeslojni materijal u kojem se nanovlakna celuloze kombiniraju s bioplastikom, čineći je snažnijom, prozirnom i otpornijom na propusnost zraka i vode, pretvorila je PLA u ambalažni materijal koji se razgrađuje.
Osim toga, struktura omogućuje i druge važne značajke, poput male propusnosti zraka ili vode – što pomaže očuvanju hrane, ali i površinu pogodnu za ispis. To povećava isplativost bioplastike jer proizvođači ne trebaju posebno tiskati naljepnice.
- Ova ilustracija prikazuje prirodnu inspiraciju za poboljšanu biorazgradivu bioplastičnu ambalažu – strukturu celuloze u listu. Slika izrađena u BioRenderu © Puneet Dhatt / Washington University in St. Louis
„Stvorili smo višeslojnu strukturu u kojoj je celuloza u sredini, a bioplastika s obje strane“, objašnjava Joshua Yuan, profesor i pročelnik katedre za energetiku, okoliš i kemijsko inženjerstvo na McKelvey School of Engineering. Yuan je i direktor CURB Engineering Research Center-a, istraživačkog centra financiranog od strane Nacionalne zaklade za znanost. „Na ovaj način dobili smo materijal koji je vrlo snažan i višefunkcionalan, a osim što štiti hranu, omogućuje i tisak izravno na površinu pakiranja, čime se smanjuju troškovi proizvodnje“, dodaje Yuan.
Rezultati objavljeni u časopisima Green Chemistry i Nature Communications pokazuju da LEAFF ima čak veću vlačnu čvrstoću od uobičajenih petrokemijskih plastika poput polietilena i polipropilena. Osim toga, brzo se razgrađuje u tlu pri sobnoj temperaturi — za razliku od plastike koja se raspada u mikroplastiku i ostaje stoljećima u okolišu.
U istraživanju je korištena i bakterija Pseudomonas putida, već poznata u industriji fermentacije i to za pretvaranje CO₂, lignina i prehrambenog otpada u bioplastiku.
„Povrh svega, osnovna celulozna struktura LEAFF-a daje mu veću vlačnu čvrstoću čak i od petrokemijskih plastika poput polietilena i polipropilena“, pojašnjava Puneet Dhatt, doktorand u Yuanovom laboratoriju i prvi autor članka.
„Sjedinjene Američke Države imaju problem s otpadom, a kružna ponovna uporaba mogla bi ga pretvoriti u korisne materijale. Ako uspijemo povećati opskrbni lanac bioplastike, otvorit ćemo nova radna mjesta i tržišta“, zaključuje Yuan.
Stjepan Felber | Ekovjesnik