Una marea di slancio pubblico si sta gonfiando contro la crisi delle plastiche a base di petrolio, che stanno nelle nostre discariche, galleggiando nei nostri oceani, e mostrarsi nella nostra aria e persino nel nostro cibo.

Nel frattempo, in un laboratorio di chimica della Colorado State University, alcune delle migliori menti nella scienza dei polimeri stanno lavorando duramente per quella che pensano sia una soluzione praticabile. Ogni giorno, stanno lavorando a una nuova chimica per materiali sostenibili che potrebbero competere con, ed eventualmente anche sostituire, il difficile da riciclare, materie plastiche non degradabili che hanno sopraffatto il nostro ambiente per decenni.

Eugenio Chen, professore presso il Dipartimento di Chimica, ha condotto un nuovo studio che dimostra un percorso di catalisi chimica per rendere una classe esistente di biomateriali, che sta già prendendo piede negli ambienti industriali, ancora più commercialmente fattibile e strutturalmente diversificata. I risultati sono pubblicati sulla rivista Scienza , e il documento include il primo autore Xiaoyan Tang e i co-autori studenti laureati Andrea Westlie ed Eli Watson.

Plastiche biodegradabili

Negli ultimi anni, Chen ha concentrato alcuni degli sforzi del suo laboratorio su una serie di biomateriali chiamati PHA, o poliidrossialcanoati. Sono una classe di poliesteri, prodotto da batteri, che sono biodegradabili a un livello non visto nelle plastiche commerciali. Hanno battuto le bioplastiche "compostabili" fatte di acido polilattico (PLA) degradandosi naturalmente negli oceani e nelle discariche, mentre il PLA deve essere compostato industrialmente. Alcuni vedono i PHA come un faro nel buio, mondo pieno di plastica, con le aziende che stanno già cercando di creare un'industria attorno a tali materiali a base biologica.

Ma i PHA hanno i loro limiti. Sono realizzati in bioreattori dove comunità di batteri convertono materie prime di carbonio biorinnovabili, come gli zuccheri, nella forma più semplice di PHA, chiamato poli(3-idrossibutirrato), o P3HB. Diverse fonti di carbonio e batteri possono anche produrre altri derivati ​​PHA. Queste configurazioni di biosintesi sono attualmente costose, relativamente lenti e ostacolati dalla loro limitata scalabilità e produttività.

Nel loro articolo su Science, Chen e colleghi attaccano questi limiti uno per uno, proponendo un romanzo, via chimica sintetica per la produzione di PHA convenzionali e nuovi con potenziamento, sintonizzabile, proprietà meccaniche e fisiche. Queste sono le stesse caratteristiche che hanno reso la plastica del petrolio così onnipresente nel nostro mondo.

Metodo di polimerizzazione

I chimici dei polimeri della CSU riferiscono che la loro nuova metodologia di polimerizzazione è resa possibile da catalizzatori che polimerizzano direttamente un monomero di origine biologica chiamato 8DL che esiste in una forma chiamata stereoisomeri. La polimerizzazione catalizzata produce ordinati, cristallino, i cosiddetti PHA "stereosequenziati". Nel laboratorio, i ricercatori hanno mostrato la duttilità e la tenacità dei loro materiali, e la loro capacità di mettere a punto la struttura e la funzione dei loro materiali.

"Volevamo risolvere il problema del collo di bottiglia, " Ha detto Chen. "Come possiamo sviluppare il percorso della catalisi chimica verso questa fantastica classe di plastiche biodegradabili in modo da avere, fondamentalmente, scalabilità, produzione veloce e sintonizzabilità per realizzare diversi PHA? ... Questa era la motivazione."

Questo lavoro si basa su ricerche precedentemente pubblicate apparse in Comunicazioni sulla natura . Quindi, i ricercatori hanno usato il loro percorso di sintesi chimica per produrre P3HB, uno dei 150 biomateriali PHA. Ma P3HB è relativamente fragile, rendendolo poco pratico per molte applicazioni di plastica del petrolio di oggi.

Chen sottolinea di non essere un esperto di percorsi biosintetici per la produzione di PHA. Però, il suo laboratorio offre l'approccio della catalisi chimica tecnologicamente vantaggioso ai materiali PHA esistenti e nuovi, che potrebbero svolgere un ruolo importante nella risoluzione della crisi della plastica della nostra generazione.