Infradito biodegradabili di qualità commerciale. Credito:Stephen Mayfield, UC San Diego.
Essendo la scarpa più famosa al mondo, le infradito rappresentano una preoccupante percentuale di rifiuti di plastica che finisce nelle discariche, sulle spiagge e nei nostri oceani. Gli scienziati dell'Università della California di San Diego hanno lavorato per anni per risolvere questo problema, e ora hanno fatto un passo avanti verso il compimento di questa missione.
Rimanendo con la loro chimica, il team di ricercatori ha formulato schiume poliuretaniche, a base di olio di alghe, per soddisfare le specifiche commerciali per le scarpe con intersuola e il plantare delle infradito. I risultati del loro studio sono pubblicati in Rapporti sulla tecnologia delle risorse biologiche e descrivere il successo dello sviluppo da parte del team di questi prodotti sostenibili, materiali pronti per il consumo e biodegradabili.
La ricerca è stata una collaborazione tra la UC San Diego e la startup Algenesis Materials, una società di scienza e tecnologia dei materiali. Il progetto è stato co-diretto dalla studentessa laureata Natasha Gunawan dei laboratori dei professori Michael Burkart (Divisione di Scienze Fisiche) e Stephen Mayfield (Divisione di Scienze Biologiche), e da Marissa Tessman di Algenesis. È l'ultima di una serie di recenti pubblicazioni di ricerca che collettivamente, secondo Burkart, offrono una soluzione completa al problema della plastica, almeno per i poliuretani.
"Il documento mostra che abbiamo schiume di qualità commerciale che si biodegradano nell'ambiente naturale, " ha detto Mayfield. "Dopo centinaia di formulazioni, abbiamo finalmente raggiunto uno che soddisfaceva le specifiche commerciali. Queste schiume hanno il 52% di biocontenuto, alla fine arriveremo al 100%".
Biodegradazione dei cubetti di PU in 12 settimane. La degradazione è stata analizzata attraverso A) Cambiamento nell'aspetto, B) Massa del cubo e C) Forza massima al 50% di deflessione della forza di compressione (CFD). Le barre di errore indicano le deviazioni standard del campione delle misurazioni triplicate. Per il compost e la perdita di massa del suolo, p<0.01 e per compost e suolo CFD, p<0.01 (Tabella 2 nel documento pubblicato). Credito:Stephen Mayfield, UC San Diego
Oltre a ideare la giusta formulazione per le schiume di qualità commerciale, i ricercatori hanno lavorato con Algenesis non solo per realizzare le scarpe, ma anche degradarli. Mayfield ha osservato che gli scienziati hanno dimostrato che prodotti commerciali come i poliesteri, le bioplastiche (PLA) e le plastiche da combustibili fossili (PET) possono biodegradarsi, ma solo nel contesto di test di laboratorio o compostaggio industriale.
"Abbiamo riprogettato da zero i poliuretani con monomeri a base biologica per soddisfare le elevate specifiche dei materiali per le scarpe, mantenendo la chimica adatta, in teoria, così le scarpe sarebbero in grado di biodegradarsi, "Ha spiegato Mayfield.
Mettendo alla prova le loro schiume personalizzate immergendole nel compost tradizionale e nel terreno, il team ha scoperto che i materiali si degradavano dopo appena 16 settimane. Durante il periodo di decomposizione, per tenere conto di qualsiasi tossicità, Gli scienziati, guidato da Skip Pomeroy dell'UC San Diego, ha misurato ogni molecola rilasciata dai materiali biodegradabili. Hanno anche identificato gli organismi che hanno degradato le schiume.
"Abbiamo preso gli enzimi dagli organismi che degradano le schiume e abbiamo dimostrato che potevamo usarli per depolimerizzare questi prodotti in poliuretano, e quindi individuato i passaggi intermedi che avvengono nel processo, "ha detto Mayfield, aggiungendo, "Abbiamo poi dimostrato che potevamo isolare i prodotti depolimerizzati e usarli per sintetizzare nuovi monomeri di poliuretano, completando un 'bioloop'".
Plantare di infradito estratto da uno stampo. Credito:Stephen Mayfield, UC San Diego.
Questa completa riciclabilità dei prodotti commerciali è il prossimo passo nella missione in corso dello scienziato di affrontare gli attuali problemi di produzione e gestione dei rifiuti che affrontiamo con la plastica, che se non affrontati, risulterà in 96 miliardi di tonnellate di plastica nelle discariche o nell'ambiente naturale entro il 2050. Secondo Pomeroy, questa pratica poco rispettosa dell'ambiente è iniziata circa 60 anni fa con lo sviluppo della plastica.
"Se potessi tornare indietro nel tempo e ripensare a come potresti creare l'industria dei polimeri di petrolio, lo faresti oggi come lo facevamo noi anni fa? C'è un mucchio di plastica che galleggia in ogni oceano di questo pianeta che suggerisce che non avremmo dovuto farlo in quel modo, " ha osservato Pomeroy.
Mentre commercialmente sulla buona strada per la produzione, farlo in modo economico è una questione di scala che gli scienziati stanno elaborando con i loro partner di produzione.
"Le persone si stanno ribellando all'inquinamento degli oceani da plastica e iniziano a chiedere prodotti in grado di affrontare quello che è diventato un disastro ambientale, " ha detto Tom Cooke, presidente di Algenesis. "Siamo nel posto giusto al momento giusto".
IMS of compost-derived organisms growing on PUM9 film-agar plates. A) Photograph of the culture growth one week after incubation, with scale bar for all images. B–F) Mass distributions indicating location and relative intensity of the given m/z value and its molecular association. G) Relative intensity scale for B–F. See Supplementary Data for evidence of molecular assignments. Credit:Stephen Mayfield, UC San Diego.
The team's efforts are also manifested in the establishment of the Center for Renewable Materials at UC San Diego. Begun by Burkart, Mayfield, Pomeroy and their co-founders Brian Palenik (Scripps Institution of Oceanography) and Larissa Podust (Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences), the center focuses on three major goals:the development of renewable and sustainable monomers made from algae and other biological sources; their formulation into polymers for diverse applications, the creation of synthetic biology platforms for the production of monomers and crosslinking components; and the development and understanding of biodegradation of renewable polymers.
"The life of material should be proportional to the life of the product, " said Mayfield. "We don't need material that sits around for 500 years on a product that you will only use for a year or two."
