Científicos crean el primer plástico realmente biodegradable que se "autodestruye" en solo dos semanas
A pesar de nuestros esfuerzos por clasificar y reciclar, menos del 9% del plástico se recicla en los EE. UU. Y la mayoría termina en vertederos o en el medio ambiente.
Las bolsas y envases de plástico biodegradables podrían ayudar, pero si no se clasifican correctamente, pueden contaminar, que de otro modo serían reciclables. Lo que es peor, la mayoría de los plásticos biodegradables tardan meses en descomponerse, y cuando finalmente lo hacen, forman microplásticos, pequeños trozos de plástico que pueden terminar en los océanos y los cuerpos de los animales, incluido el nuestro.
Ahora, los científicos del Berkeley Lab. y UC Berkeley han diseñado un plástico compostable activado por enzimas que podría disminuir la contaminación por microplásticos y es muy prometedor para el reciclaje de plásticos.
El material se puede descomponer en sus componentes básicos, pequeñas moléculas individuales llamadas monómeros, y luego reformarlo en un nuevo producto plástico compostable.
“En la naturaleza, las enzimas son lo que la naturaleza usa para descomponer las cosas, e incluso cuando morimos, las enzimas hacen que nuestros cuerpos se descompongan naturalmente. Entonces, para este estudio, nos preguntamos: "¿Cómo pueden las enzimas biodegradar el plástico para que sea parte de la naturaleza?" dijo el autor principal Ting Xu, quien tiene títulos de científico senior de la facultad en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab., y profesor de química y ciencia e ingeniería de materiales en UC Berkeley.
En Berkeley Lab., Xu dirige un equipo interdisciplinario de científicos e ingenieros de universidades y laboratorios nacionales de todo el país para abordar el creciente problema de los vertederos de plástico que plantean los plásticos de un solo uso y los llamados plásticos biodegradables.
La mayoría de los plásticos biodegradables que se utilizan en la actualidad suelen estar hechos de ácido poliláctico (PLA), un material plástico de origen vegetal mezclado con almidón de maíz. También existe la policaprolactona (PCL), un poliéster biodegradable que se usa ampliamente para aplicaciones biomédicas como la ingeniería de tejidos.
Pero el problema con los plásticos biodegradables convencionales es que no se pueden distinguir de los plásticos de un solo uso, como la película plástica, por lo que una buena parte de estos materiales termina en los vertederos. E incluso si un recipiente de plástico biodegradable se deposita en una instalación de desechos orgánicos, no se puede descomponer tan rápido como la ensalada del almuerzo que alguna vez contenía, por lo que termina contaminando los desechos orgánicos, dijo la coautora Corinne Scown de Energy Lab de Berkeley. Área de Tecnologías.
Otro problema con los plásticos biodegradables es que no son tan fuertes como el plástico normal. Es por eso que no puede llevar artículos pesados en una bolsa de abono verde estándar. La compensación es que los plásticos biodegradables pueden descomponerse con el tiempo, pero aún así, dijo Xu, solo se descomponen en microplásticos, que siguen siendo plásticos, pero mucho más pequeños.
Entonces, Xu y su equipo decidieron adoptar un enfoque diferente: "nanoconfinar" las enzimas en plásticos.
En una serie de experimentos, publicados en la revista Nature, Xu y sus coautores incorporaron trazas de enzimas comerciales Burkholderia cepacian lipasa (BC-lipasa) y proteinasa K dentro de los materiales plásticos PLA y PCL. Los científicos también agregaron un protector enzimático llamado heteropolímero aleatorio de cuatro monómeros, o RHP, para ayudar a dispersar las enzimas a unos pocos nanómetros (mil millonésimas de metro) de distancia.
En un resultado sorprendente, los científicos descubrieron que el agua corriente del grifo o los abonos de suelo estándar convertían el material plástico incrustado en enzimas en sus bloques de construcción de moléculas pequeñas llamados monómeros y eliminaban los microplásticos en solo unos días o semanas.
También aprendieron que la BC-lipasa es una especie de "comensal" quisquilloso. Antes de que una lipasa pueda convertir una cadena de polímero en monómeros, primero debe atrapar el extremo de una cadena de polímero. Al controlar cuándo la lipasa encuentra el extremo de la cadena, es posible garantizar que los materiales no se degraden hasta que se activen con agua caliente o tierra de abono, explicó Xu.
Además, descubrieron que esta estrategia solo funciona cuando la BC-lipasa se nanodispersa, en este caso, solo el 0,02 por ciento en peso en el bloque de PCL, en lugar de mezclarse y mezclarse al azar.
“La nanodispersión hace que cada molécula de enzima funcione, nada se desperdicia”, dijo Xu.
Y eso es importante cuando se tienen en cuenta los costos. Las enzimas industriales pueden costar alrededor de $ 10 por kilogramo, pero este nuevo enfoque solo agregaría unos centavos al costo de producción de un kilogramo de resina porque la cantidad de enzimas requeridas es muy baja y el material tiene una vida útil de más de 7 meses, Añadió Scown.
Mirando hacia el futuro
El desarrollo de una película de plástico asequible y fácilmente compostable, podría incentivar a los fabricantes de productos agrícolas a envasar frutas y verduras frescas con plástico reutilizable en lugar de una envoltura de plástico de un solo uso. Y como resultado, ahorre a las instalaciones de desechos orgánicos el gasto adicional de invertir en costosas máquinas de desempaquetado de plástico cuando quieren aceptar desechos de alimentos para la digestión anaeróbica o el compostaje.
Dado que su enfoque podría funcionar bien tanto con plásticos rígidos y duros como con plásticos blandos y flexibles, a Xu le gustaría ampliar su estudio a las poliolefinas, una familia omnipresente de plásticos que se utilizan comúnmente para fabricar juguetes y piezas electrónicas.
El plástico verdaderamente compostable del equipo podría estar en los estantes pronto. Recientemente, presentaron una solicitud de patente a través de la oficina de patentes de UC Berkeley.
“Cuando se trata de resolver el problema del plástico, es nuestra responsabilidad medioambiental llevar la naturaleza a su camino. Al prescribir un mapa molecular con enzimas detrás del volante, nuestro estudio es un buen comienzo ”, dijo Xu.