Japońscy naukowcy stworzyli plastik, który znika w słonej wodzie. Nie zostawia po sobie mikroplastiku

Najnowsza wersja powstaje z celulozy roślinnej, a podczas eksperymentu wykonana z niej torba zniknęła w sztucznej wodzie morskiej w około dwie godziny. Jest jednak jeden ważny szczegół - materiał na razie pozostaje technologią laboratoryjną, a nie tworzywem gotowym do zastąpienia wszystkich plastikowych opakowań.

Nagrania i grafiki opisujące japoński wynalazek ponownie zdobywają popularność w mediach społecznościowych.

Przekaz brzmi niemal zbyt dobrze, aby był prawdziwy:

„Japońscy naukowcy stworzyli roślinny plastik, który całkowicie rozpuszcza się w słonej wodzie w ciągu godzin i nie pozostawia mikroplastiku”.

Tym razem internetowa sensacja ma jednak bardzo solidne naukowe podstawy.

Badanie zostało opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Journal of the American Chemical Society”, a za projektem stoi zespół z RIKEN Center for Emergent Matter Science oraz Uniwersytetu Tokijskiego.

Plastik z jednego z najpowszechniejszych materiałów na Ziemi

Nowe tworzywo bazuje na celulozie, czyli naturalnym polimerze będącym podstawowym składnikiem ścian komórkowych roślin.

To właśnie z celulozy zbudowane są między innymi drewno, bawełna czy papier.

Naukowcy wykorzystali jej zmodyfikowaną postać - karboksymetylocelulozę - i połączyli ją z drugim składnikiem za pomocą odwracalnych oddziaływań jonowych.

Powstał materiał należący do grupy tak zwanych polimerów supramolekularnych.

W przeciwieństwie do wielu tradycyjnych plastików jego struktura nie opiera się wyłącznie na niezwykle trwałych wiązaniach chemicznych. Część połączeń może zostać stosunkowo łatwo rozłączona pod wpływem odpowiednich warunków.

I właśnie tutaj zaczyna się najciekawsza część całej historii.

Słona woda „odblokowuje” strukturę plastiku

Materiał zachowuje się normalnie podczas użytkowania.

Może być mocny, elastyczny i przypominać właściwościami klasyczne tworzywa sztuczne.

Kiedy jednak trafia do słonej wody, obecne w niej jony zaburzają połączenia utrzymujące strukturę materiału.

Plastik przestaje być jednolitą, trwałą folią i rozpada się na składniki, które mogą następnie zostać przetworzone przez mikroorganizmy.

W demonstracji przeprowadzonej przez RIKEN torba wykonana z nowego materiału całkowicie rozpadła się w sztucznej wodzie morskiej w około dwie godziny.

Nie powstawały przy tym charakterystyczne drobiny plastiku, które przez dziesiątki lub setki lat pozostają w środowisku.

Bez mikroplastiku

To właśnie ten element może mieć największe znaczenie.

W przypadku tradycyjnych plastików problemem jest nie tylko to, że butelka, reklamówka czy opakowanie pozostają w środowisku przez bardzo długi czas.

Z czasem tworzywa rozpadają się na coraz mniejsze fragmenty.

Powstaje mikroplastik, którego cząsteczki znajdujemy dziś praktycznie wszędzie - w oceanach, glebie, powietrzu, organizmach zwierząt i tkankach człowieka.

Nowy materiał działa inaczej.

Zespół Takuzo Aidy zaprojektował go tak, aby w słonej wodzie rozdzielał się na poziomie molekularnym, zamiast stopniowo kruszyć się na coraz mniejsze plastikowe fragmenty. Autorzy badania twierdzą więc, że nie powinien generować mikroplastiku.

To już druga generacja niezwykłego materiału

Co ciekawe, japoński zespół pracuje nad podobnym rozwiązaniem od kilku lat.

Już w 2024 roku naukowcy przedstawili supramolekularny plastik, który również rozkładał się pod wpływem słonej wody.

W tamtym materiale wykorzystywano związki połączone tak zwanymi mostkami solnymi. Po ponownym kontakcie z elektrolitami struktura traciła stabilność i rozpadała się w ciągu kilku godzin.

W eksperymentach opisanych przez RIKEN cienkie arkusze materiału rozpadły się w słonej wodzie w około 8,5 godziny.

Najnowsza wersja idzie krok dalej.

Jeden z jej najważniejszych składników pochodzi z celulozy, czyli niezwykle powszechnego surowca odnawialnego.

Można było zrobić z niego nawet torbę

Samo stworzenie biodegradowalnego materiału nie wystarcza.

Żeby zastąpić tradycyjny plastik, musi on również wytrzymać codzienne użytkowanie.

Początkowa wersja materiału była mocna, ale zbyt krucha.

Naukowcy rozwiązali ten problem, dodając chlorek choliny, który działa jako plastyfikator. Dzięki temu właściwości tworzywa można zmieniać od sztywnego i twardego po miękkie i elastyczne.

Z materiału udało się wykonać między innymi elastyczną foliową torbę.

RIKEN pokazał nawet nagranie torby z pomidorami, która następnie została umieszczona w sztucznej wodzie morskiej i w ciągu kilku godzin całkowicie się rozpadła.

Ale czy torba nie rozpuści się podczas deszczu?

To jedno z pierwszych pytań, które nasuwa się przy takim wynalazku.

Jeżeli tworzywo znika w wodzie morskiej, czy przypadkiem nie przestanie istnieć po kontakcie z deszczem, mokrym jedzeniem albo zawartością opakowania?

Mechanizm opiera się przede wszystkim na obecności odpowiednich jonów i elektrolitów, dlatego zwykła woda nie działa na materiał dokładnie tak samo jak woda morska.

W przypadku wcześniejszej generacji naukowcy pokazali również możliwość pokrywania tworzywa hydrofobową warstwą, która zwiększa jego odporność na wodę.

To jednak właśnie odporność podczas użytkowania, trwałość powłok i dostosowanie materiału do różnych zastosowań będą jednymi z kluczowych problemów do rozwiązania przed masową produkcją.

Nie oznacza to, że można będzie bezkarnie wyrzucać plastik do morza

To ważne zastrzeżenie.

Informację o tworzywie rozpuszczającym się w wodzie łatwo przedstawić jako wizję świata, w którym odpady przestają być problemem.

Tak nie jest.

Najlepszym rozwiązaniem nadal pozostaje ograniczanie ilości jednorazowych opakowań, ponowne wykorzystanie produktów i skuteczny recykling.

Nowe tworzywo może jednak stanowić dodatkowe zabezpieczenie.

Jeżeli opakowanie mimo wszystko trafi do środowiska, zamiast pozostawać w nim przez setki lat i rozdrabniać się na mikroplastik, mogłoby stosunkowo szybko się rozpaść.

To ogromna różnica.

Rozpuszczenie to nie dokładnie to samo co „zniknięcie”

Internetowe materiały często pokazują kawałek plastiku znikający w wodzie i kończą historię właśnie w tym momencie.

Chemicznie proces jest bardziej złożony.

Materiał nie przestaje istnieć.

Jego uporządkowana struktura zostaje rozdzielona na znacznie mniejsze składniki rozpuszczone w wodzie. Dopiero następnie część związków może zostać wykorzystana i rozłożona przez mikroorganizmy.

W przypadku nowej celulozowej wersji autorzy opisują materiał jako biodegradowalny i zdolny do szybkiej dekompozycji w naturalnym środowisku.

To różni go od klasycznych plastików, które rozpadają się mechanicznie na mikroplastik, ale ich podstawowa struktura chemiczna pozostaje bardzo trwała.

Czy jest naprawdę „roślinny”?

Tutaj viral jest zasadniczo prawdziwy, ale również wymaga odrobiny precyzji.

Głównym szkieletem materiału jest karboksymetyloceluloza pochodząca z celulozy.

Nie oznacza to jednak, że cała torba składa się wyłącznie z przetworzonego drewna czy innych roślin.

Do stworzenia supramolekularnej struktury potrzebny jest również drugi polimer oraz dodatki odpowiadające za właściwości mechaniczne materiału.

Określenie „plastik na bazie roślinnej celulozy” jest więc znacznie dokładniejsze niż stwierdzenie, że całe tworzywo jest po prostu wykonane z roślin.

Czy jest już dostępny w sklepach?

Nie.

I to najważniejszy element, którego często brakuje w viralowych publikacjach.

Materiał został opracowany i przetestowany w laboratorium. Badanie potwierdza jego interesujące właściwości, ale nie oznacza rozpoczęcia masowej produkcji.

Naukowcy nadal muszą odpowiedzieć na pytania dotyczące między innymi:

• kosztu produkcji na skalę przemysłową,
• trwałości podczas transportu i magazynowania,
• zachowania materiału w różnych temperaturach,
• odporności na wilgoć,
• rodzaju potrzebnych powłok ochronnych,
• możliwości bezpiecznego wykorzystania w kontakcie z różnymi produktami,
• rzeczywistego zachowania w morzach i oceanach poza kontrolowanymi warunkami laboratoryjnymi.

To droga, którą musi przejść praktycznie każdy nowy materiał, zanim trafi do milionów konsumentów.

Jest jeszcze jeden bardzo ważny szczegół - test odbywał się w sztucznej wodzie morskiej

Internetowe hasło „rozpuszcza się w oceanie w dwie godziny” brzmi efektownie.

W badaniach pokazano jednak rozpad w sztucznej wodzie morskiej w warunkach eksperymentalnych.

Prawdziwy ocean jest znacznie bardziej skomplikowany.

Temperatura, zasolenie, ruch wody, mikroorganizmy i lokalne warunki mogą się znacząco różnić.

Badania innych biodegradowalnych tworzyw pokazują zresztą, że szybkość rozkładu może być silnie uzależniona od miejsca i składu mikroorganizmów obecnych w wodzie.

Dlatego wynik laboratoryjny jest niezwykle obiecujący, ale nie należy interpretować go jako gwarancji, że każda torba wykonana z tego materiału zniknie w dowolnym morzu dokładnie po dwóch godzinach.

Czy viral mówi prawdę?

W dużej mierze tak.

Japońscy naukowcy rzeczywiście opracowali materiał:

• bazujący na roślinnej celulozie,
• mocny i elastyczny,
• nadający się do wykonania foliowej torby,
• rozpadający się szybko w słonej wodzie,
• zaprojektowany tak, aby nie tworzyć mikroplastiku,
• nadający się do ponownego przetwarzania.

Nie oznacza to jednak, że problem plastikowych odpadów właśnie został rozwiązany.

Od udanego doświadczenia laboratoryjnego do miliardów opakowań produkowanych każdego roku prowadzi jeszcze długa droga.

Mimo tego trudno nie dostrzec potencjału wynalazku.

Przez dziesięciolecia największą zaletą plastiku była jednocześnie jego największą wadą: jest niezwykle trwały.

Japońscy naukowcy próbują stworzyć coś zupełnie innego.

Materiał, który jest trwały wtedy, kiedy go potrzebujemy.

A kiedy przypadkiem trafi do morza, przestaje być plastikiem, zanim zdąży stać się mikroplastikiem.

PMP

^{Fot. Wygenerowano AI}