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 un vertedero o en el medio ambiente.
Las bolsas y contenedores de plástico biodegradables podrían ayudar, pero si no se clasifican correctamente, pueden contaminar los plásticos n.o 1 y n.o 2, 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 en los cuerpos de los animales, incluido el nuestro.
Ahora, como se informa en la revista Naturaleza , científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía 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 subloques de construcción, pequeñas moléculas individuales llamadas monómeros, y luego reformadas 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. Por eso, para este estudio, nos preguntamos: '¿Cómo pueden las enzimas biodegradar el plástico?de la naturaleza? ", dijo el autor principal Ting Xu, que tiene títulos de científico principal de la facultad en la División de Ciencias de los Materiales del Laboratorio de Berkeley, y profesor de química y ciencia e ingeniería de los materiales en la UC Berkeley.
En Berkeley Lab, Xu, quien durante casi 15 años ha dedicado su carrera al desarrollo de materiales poliméricos funcionales inspirados en la naturaleza, dirige un equipo interdisciplinario de científicos e ingenieros de universidades y laboratorios nacionales de todo el país para abordar laEl creciente problema de los vertederos de plástico que plantean los plásticos de un solo uso y los denominados 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 utiliza ampliamente para aplicaciones biomédicas como la ingeniería de tejidos..
Pero el problema con el plástico biodegradable convencional es que no se distinguen 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 un recipiente orgánicoinstalación de desechos, 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, científica de planta y subdirectora de la División de Investigación, Análisis Energético e Impactos Ambientalesen el Área de Tecnologías Energéticas de Berkeley Lab.
Otro problema con los plásticos biodegradables es que no son tan fuertes como el plástico normal; por eso no se pueden llevar artículos pesados en una bolsa de abono verde estándar. La compensación es que los plásticos biodegradables pueden descomponerse con el tiempo, peroaún así, dijo Xu, solo se descomponen en microplásticos, que siguen siendo plásticos, solo que mucho más pequeños.
Entonces Xu y su equipo decidieron adoptar un enfoque diferente: "nanoconfinar" enzimas en plásticos.
Poner enzimas a trabajar
Debido a que las enzimas son parte de los sistemas vivos, el truco sería crear un lugar seguro en el plástico para que las enzimas permanezcan inactivas hasta que sean llamadas a la acción.
En una serie de experimentos, Xu y sus coautores incorporaron trazas de las 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 cuatro monómerosheteropolímero aleatorio, 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 eliminaron los microplásticos en solo unos días o semanas.
También aprendieron que la BC-lipasa es una especie de "comedor" 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 asegurarse de que los materiales no se degraden hasta que se activen con agua caliente o tierra de abono, explicó Xu.
Además, encontraron 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 pone a trabajar a cada molécula de enzima, 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, yel material tiene una vida útil de más de 7 meses, agregó Scown.
La prueba está en el compost
Los estudios de dispersión de rayos X realizados en la fuente de luz avanzada de Berkeley Lab caracterizaron la nanodispersión de enzimas en los materiales plásticos PCL y PLA.
Los experimentos de tensión interfacial realizados por el coautor Tom Russell revelaron en tiempo real cómo el tamaño y la forma de las gotas cambiaban a medida que el material plástico se descomponía en moléculas distintas. Los resultados de laboratorio también diferenciaron entre moléculas de enzima y RHP.
"La prueba interfacial le brinda información sobre cómo avanza la degradación", dijo. "Pero la prueba está en el compostaje: Ting y su equipo recuperaron con éxito monómeros plásticos de plástico biodegradable simplemente usando RHP, agua y composttierra."
Russell es un científico de la facultad visitante y profesor de ciencia e ingeniería de polímeros de la Universidad de Massachusetts que dirige el programa Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab.
El desarrollo de una película de plástico muy asequible y fácilmente compostable podría incentivar a los fabricantes de productos agrícolas a envasar frutas y verduras frescas con plástico compostable en lugar de una envoltura de plástico de un solo uso y, como resultado, ahorrarle a las instalaciones de desechos orgánicos el gasto adicional de invertir en plástico costoso.-máquinas de desempaquetado cuando quieren aceptar desechos de alimentos para la digestión anaeróbica o el compostaje, dijo Scown.
Dado que su enfoque podría funcionar bien tanto con plásticos duros rígidos 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. Y el coautor Aaron Hall, quien era estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales en UC Berkeley enEn el momento del estudio, fundó la startup Intropic Materials de UC Berkeley para desarrollar aún más la nueva tecnología. Recientemente fue seleccionado para participar en Cyclotron Road, un programa de becas empresariales en asociación con Activate.
"Cuando se trata de resolver el problema de los plásticos, es nuestra responsabilidad ambiental tomar la naturaleza en su camino. Al prescribir un mapa molecular con enzimas detrás del volante, nuestro estudio es un buen comienzo", dijo Xu.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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