Новый подход к переработке пластмасс

Каждый человек использует в среднем 30 кг пластика в год. Учитывая, что средняя продолжительность жизни в мире в настоящее время составляет около 70 лет, каждый человек за свою жизнь выбрасывает около двух метрических тонн пластика. Если умножить эту цифру на количество людей на Земле, которое постоянно растет, то получится ошеломляющая цифра. В свете этого Франческо Стеллаччи, профессор и руководитель лаборатории супрамолекулярных наноматериалов и интерфейсов Инженерной школы EPFL, начал думать о том, есть ли способ решить проблему использованного пластика и более эффективно его перерабатывать. Стеллаччи установил сотрудничество с профессором Себастьяном Дж. Маерклом из Института биоинженерии EPFL, и они решили совместно проконсультировать аспиранта Симоне Джиавери. Команда опубликовала свои выводы, основанные на научных исследованиях, в журнале Advanced Materials.

Новый подход инженеров к переработке пластмасс

Проанализировав существующие варианты переработки пластика, инженеры решили придумать совершенно новый подход.

«Когда мы используем биоразлагаемые пластмассы, процесс разложения оставляет остатки, которые необходимо складировать или захоранивать. Чем больше земли отводится под это, тем меньше земли остается для сельского хозяйства, кроме того, необходимо учитывать экологические последствия, поскольку продукты биологического разложения обязательно изменяют экосистему местности», — говорит Стеллаччи.

Как же найти комплексное решение проблемы переработки пластика? Частично ответ на этот вопрос может дать сама природа.

Жемчужное ожерелье

Белки — это одни из основных органических соединений, из которых состоит наш мир. Как и ДНК, они относятся к семейству полимеров; белки представляют собой длинные цепочки молекул, или мономеры, известные как аминокислоты.

«Белок похож на нитку жемчуга, где каждая жемчужина — это аминокислота. Каждая жемчужина имеет свой цвет, и последовательность цветов определяет структуру нити и, следовательно, ее свойства. В природе белковые цепочки распадаются на составляющие аминокислоты, а клетки собирают эти аминокислоты обратно, образуя новые белки, то есть создают новые нитки жемчуга с другой цветовой последовательностью», — говорит Джавери.

В лаборатории Джавери сначала попытался воспроизвести этот естественный цикл вне живых организмов.

«Мы выбрали белки и разделили их на аминокислоты. Затем мы поместили аминокислоты в бесклеточную биологическую систему, которая собрала аминокислоты обратно в новые белки с совершенно разными структурами и применением», — объясняет он. Например, Джиавери и Стеллаччи успешно превратили шелк в белок, используемый в биомедицинских технологиях. «Важно, что когда вы расщепляете и собираете белки таким образом, качество получаемых белков точно такое же, как и у вновь синтезированного белка. Действительно, вы создаете что-то новое», — говорит Стеллаччи.

Пластик — это тоже полимер

Какая же связь между сборкой белков и переработкой пластика?

• Поскольку оба соединения являются полимерами, механизмы, естественным образом возникающие в белках, могут быть применены и к пластику. Хотя эта аналогия может показаться многообещающей, Стеллаччи предупреждает, что разработка таких методов не произойдет в одночасье. Это потребует радикально иного мышления.
• «Полимеры — это нити жемчуга, но синтетические полимеры состоят в основном из жемчужин одного цвета, а когда цвет разный, последовательность цвета редко имеет значение. Более того, у нас нет эффективного способа собрать синтетические полимеры из жемчужин разного цвета таким образом, чтобы контролировать их последовательность». Он также отмечает, что этот новый подход к переработке пластика, похоже, единственный, который действительно соответствует постулату циркулярной экономики.
• «В будущем устойчивое развитие будет подразумевать доведение до крайности процесса переработки, когда мы будем бросать вместе множество различных предметов и перерабатывать эту смесь, чтобы каждый день получать новый материал. Природа уже делает это», — заключает он.

Источник

Метки: пластмасса