Milioni di tonnellate di plastica vengono scartate ogni giorno, e per gran parte di esso ci sono poche opzioni per il riciclaggio convenzionale. Ma quel materiale potrebbe presto trovare un nuovo e benefico uso grazie ai microbi sfruttati dagli scienziati della Montana State University.

In un recente studio, i ricercatori del Norm Asbjornson College of Engineering della MSU hanno scoperto che la plastica trattata con determinati batteri potrebbe essere aggiunta al calcestruzzo in quantità significative senza compromettere la resistenza del materiale strutturale. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Materiali .

"Questo è davvero emozionante, ", ha affermato la coautrice dello studio Cecily Ryan, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale. "Questi risultati iniziali sono molto incoraggianti in quanto consideriamo potenziali applicazioni".

Tipicamente, l'aggiunta di plastica o altro materiale di riempimento interrompe il mix di sabbia, aggregato e cemento che conferisce al calcestruzzo, il materiale da costruzione più utilizzato al mondo, la sua capacità di legarsi e sostenere carichi pesanti. Ma il team della MSU ha scoperto che l'uso di batteri per rivestire la plastica con un sottile strato minerale gli ha permesso di legarsi meglio con il cemento. I campioni di calcestruzzo contenenti fino al 5% di plastica trattata con batteri avevano praticamente la stessa resistenza del calcestruzzo tradizionale, secondo lo studio.

"Quel 5% è davvero un grande aumento rispetto a quanto è stato consentito finora, " ha detto Chelsea Heveran, professore assistente di ingegneria meccanica e industriale. "Siamo rimasti sorpresi da quanto effetto ci fosse".

Poiché il calcestruzzo è utilizzato così ampiamente e in volumi così elevati, la sostituzione anche del 5% di esso potrebbe comportare un massiccio riutilizzo della plastica, ha notato Heveran. E poiché il calcestruzzo è così dispendioso in termini di energia da produrre, il filler plastico potrebbe ridurre significativamente le emissioni di anidride carbonica, lei disse. Secondo l'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti, la produzione di calcestruzzo è una delle maggiori fonti industriali di gas climalteranti del Paese.

Nel Centro per l'ingegneria dei biofilm di MSU, i ricercatori hanno immerso la plastica in una soluzione a base acquosa contenente i batteri innocui Sporosarcina pasteurii, che cresce sulle superfici per formare quello che viene chiamato biofilm. I microbi, lasciato nella soluzione per 24-48 ore, consumato aggiunto calcio e urea, una sostanza a base di azoto ampiamente utilizzata nei fertilizzanti, per dare alla plastica un sottile, rivestimento bianco di calcite, il minerale duro che costituisce il calcare. La plastica è stata poi mescolata in piccoli cilindri di cemento che sono stati frantumati con attrezzature specializzate per misurarne la resistenza.

Sebbene i ricercatori abbiano iniziato con la plastica n. 1 scheggiata che si trova comunemente nelle bottiglie d'acqua usa e getta, dopo il successo iniziale hanno ottenuto un risultato simile con un mix di plastica n. 3-7, che viene utilizzato in una varietà di contenitori ma non è accettato nella maggior parte degli impianti di riciclaggio.

"È davvero entusiasmante che abbiamo ottenuto questo risultato con la miscela di plastiche che in genere non sono riciclabili, " ha detto Adrienne Phillips, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, che ha usato gli stessi batteri che formano minerali per sigillare minuscoli, crepe difficili da raggiungere nel sottosuolo in pozzi di petrolio e gas che perdono.

Il prossimo passo è studiare la durabilità a lungo termine del materiale e come il processo potrebbe essere scalato in modo che il materiale possa essere prodotto in quantità utilizzabili, ha detto Phillips. I ricercatori hanno collaborato con Frank Kerins, professore associato al Jake Jabs College of Business and Entrepreneurship, per iniziare a esplorare le applicazioni commerciali.

Lo studio è emerso da una ricerca durante l'estate del 2019 in cui due insegnanti di scuola superiore, Kendra Lunday della Capital High School di Helena e Hakan Armagan di Omaha, Nebraska, ha visitato MSU attraverso il programma Research Experience for Teachers della National Science Foundation. Il duo ha testato una varietà di materiali di riempimento per calcestruzzo, compresa la paglia e altre biomasse agricole.

Armagan e Lunday sono stati i principali contributori allo studio, che è stato anche "fortemente guidato da studenti universitari di talento, " ha detto Heveran. Oltre ai due insegnanti del liceo, co-autori del documento includono McNair Scholar Michael Espinal, una specializzazione senior in ingegneria meccanica; studente di dottorato in ingegneria Seth Kane; e Abby Thane, responsabile di laboratorio presso il Center for Biofilm Engineering.

"Cosa c'è di così bello in questo progetto, "Heveran ha detto, "è che stiamo usando i microrganismi per apportare solo una piccola modifica a un materiale comune, ma potrebbe avere un grande beneficio per la società".