Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Wiele firm pracuje nad tworzywami, które byłyby równie lekkie i odporne jak plastik, a przy tym w pełni biodegradowalne. A co, gdyby można je robić... ze śmieci? Nowoczesna,ekologiczna, bo bezodpadowa (konwersja surowiec-produkt sięga 100%) i ekonomiczna (nie wymaga wysokich temperatur ani kosztownych katalizatorów) metoda uzyskiwania organicznych monomerów powstaje właśnie w IChF PAN.

Bez tworzyw sztucznych nie sposób w zasadzie wyobrazić sobie współczesnego świata, ale plastik, jakim go dziś znamy, jest zarazem wielkim zagrożeniem. Zaśmieca dosłownie każdy zakątek świata, znajdziemy go w głębi Rowu Mariańskiego i na Mt. Evereście. Każdy z nas – chcąc nie chcąc – zjada podobno co tydzień 5 gramów plastiku, tyle, ile wystarczyłoby na kartę kredytową, a nie są to związki obojętne dla zdrowia

A co, gdyby udało się zastąpić plastik tworzywem równie lekkim, równie odpornym, a przy tym w pełni biodegradowalnym? To idea, nad którą pracuje zespół naukowców z IChF, pod kierunkiem prof. Juana Carlosa Colmenaresa. Na warsztat wzięli pospolity produkt – hydroksymetylofurfural (HMF) – który na skalę przemysłową otrzymuje się w wyniku kwasowej hydrolizy cukrów otrzymywanych m.in. z celulozy, ligniny czy inuliny. Przekształcili go w aldehyd, 2,5-diformylofurfural (DFF), związek, który znajduje zastosowanie w tak wielu dziedzinach przemysłu, że trzeba by paru linijek, żeby je wszystkie wymienić. Można go wykorzystać do produkcji leków, kosmetyków, zapachów, środków chemicznych, paliw, ale przede wszystkim – przyjaznego środowisku plastiku.

Chcemy, żeby można było zastąpić PETy czymś, co rozkładałoby się kilka miesięcy, najwyżej kilka lat, objaśnia prof. Colmenares. Dzisiejsze plastiki, tworzone z ropy naftowej zawierają ftalany i inne plastyfikatory, taką „zupę” związków organicznych, a nawet nieorganicznych, i żadna bakteria ani grzybek ich nie rozkłada sam z siebie. Dlatego tak długo zalegają w lasach i morzach. W tworzywach wyprodukowanych na bazie DFF są furany – cukry, a to, co przychodzi z przyrody, przyroda lepiej przyjmuje, tłumaczy dalej profesor.

Były już testy takich polimerów. Rozkładają się one do monomerów przypominających cukry. A cukry to łakomy kąsek dla wielu mikroorganizmów. Nawet, gdyby butelkę z takiego tworzywa wyrzucić do lasu, to się rozłoży o wiele szybciej niż konwencjonalne polimery, najdalej po paru latach. Nie sam produkt (DFF) jednak jest tu nowością, lecz metoda jego uzyskiwania, opisana w pracy opublikowanej w Applied Cat. B. Do tej pory potrzeba do tego wysokich temperatur (rzędu 100-150 st. C) i skomplikowanej technologii, co sprawiało, że choć ekologiczny, nie mógł konkurować z produktami z ropy naftowej.

Zespołowi prof. Colmenaresa wystarcza skonstruowana przez nich puszka – fotoreaktor, światło (na razie to lampy LED emitujące bliskie UV – 375 nm, ale docelowo energii ma dostarczać po prostu słońce) i katalizator, którym są nanopręciki ditlenku manganu. Są długie i bardzo, bardzo cienkie, a ich budowa zwiększa absorpcję światła. Dzięki unikatowym właściwościom termo-foto-katalitycznym ditlenku manganunanopręciki mają o wiele większą powierzchnię kontaktu z cząsteczkami materiału wyjściowego i lepiej go aktywują.Tak, że praktycznie cały HMF zmienia się w DFF. 100%!, ekscytuje się profesor.

Jest to metoda bezodpadowa, bez dodatku tlenu i dodatkowych związków (np. nadtlenku wodoru H2O2). Wystarczy tlen z powietrza, by uzyskać czysty monomer potrzebny do produkcji polimerów liniowych i... np. takich butelek. Nawet nanopręciki można wykorzystywać wielokrotnie jako fotokatalizator, bo DFF ich nie niszczy, nie uwalnia jonów manganu 2+ i 4+, dzięki czemu nie trzeba go też oczyszczać. Temperatura może być pokojowa a ciśnienie –atmosferyczne. Jest to przy tym bardzo tani i powszechny materiał (tlenek manganu to nie jest platyna, złoto czy srebro), a i metoda produkcji  jest prosta. One się po prostu wytrącają i wystarczy dobrać odpowiednie warunki, żeby proces był wydajny, opowiada o wynalazku prof. Colmenares.

Teraz ogranicza nas pojemność reaktora, ale gdy zmienimy go w przepływowy, będziemy mogli sporo zwiększyć produkcję. No i uzyskać patent, dodaje. A czy taki szybko rozkładający się plastik nie rozłoży się za szybko? Zanim np. zdążymy wypić nalany do niego sok? Nie, śmieje się profesor, praktycznie potrzeba do rozkładu kilku lat, ale gdyby nawet reakcja zaszła szybciej, to użytkownik najwyżej napiłby się troszkę „dobrego” plastiku. Takiego, który jest nieszkodliwy dla organizmu. Zostałby po prostu zdegradowany przez nasze jelitowe bakterie i ich enzymy.

Do tego metoda opracowana przez zespół pod kierunkiem profesora Colmenaresa wykorzystuje... śmieci. Coś, co w przeciwnym razie trafiałoby np. do rzek zatruwając wodę, albo wymagałoby dużych nakładów w zakresie oczyszczania, jak to jest obecnie z odpadami przemysłu papierniczego. Obecnie z takich odpadów można robić np. bioetanol, albo spalać je, żeby dostarczyć energii dla własnej produkcji, ale gdyby udało się je wykorzystać lepiej, byłaby to niesamowita rzecz. Zresztą, odpadów starczy na wszystko. A gdyby pokazać, że można na tym zarobić, zaraz znalazłoby się wielu ludzi do ich sprzątania, mówi profesor. Polska jest np. wielkim producentem jabłek i soku, ale czy wiemy, co się dzieje z tymi wszystkimi skórkami i odpadkami? Niewiele, choć co roku „produkujemy” tego setki ton. To się wylewa do ścieków, to zanieczyszcza wodę, zabiera tlen, a wtedy koniec z całym wodnym życiem, martwi się profesor.

Tymczasem tam są wszystkie cukrowate, pektynowe, lewulinowe związki, z których można wytwarzać nawet lekarstwa. Można wytwarzać bardzo pożądane związki z czegoś, co nie jest z ropy ani z węgla, tylko z odpadów. To jest hasło „jak zrobić coś z niczego”.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Mój entuzjazm chłodzi fakt, że słyszeliśmy już wielokrotnie, o podobnych pomysłach i nic z tego nie wychodziło. Mam jednak wielką nadzieję, że tym razem metoda okaże się opłacalna i wydajna. To by było coś wielkiego!

Share this post


Link to post
Share on other sites

Potrzeba nam mądrych ludzi do wprowadzenia w życie mądrych rzeczy. Niestety władza jest głupia. Mam nadzieję że jednak zdarzy się cud i ktoś wprowadzi mądre rozwiązania. Są ich całe szafy, sejfy i dyski.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Uniwersytetu w Glasgow odkryli, że odpady z tworzyw sztucznych znajdują się nawet w 80% gniazd pewnych ptaków morskich. Po raz pierwszy zidentyfikowano również źródło plastiku; przynajmniej dla części badanych gatunków.
      Analizy przeprowadzone w 2018 r. na niezamieszkałej wyspie u zachodnich wybrzeży Szkocji pokazały, że spośród 1597 zbadanych gniazd odpady tworzyw sztucznych znajdowały się aż w 625. W przypadku kormoranów czubatych (Phalacrocorax aristotelis) odsetek gniazd z plastikiem sięgał 80%. W przypadku gatunków, które co roku budują nowe gniazda - mew - czasem "tylko" 1/3 gniazd zawierała plastik.
      Duże różnice międzygatunkowe w zakresie proporcji gniazd z odpadami tworzyw sztucznych wynikają zapewne po części z różnych zachowań związanych z ich budową. Kormorany czubate korzystają z tych samych gniazd rok po roku, a więc ilość plastiku rośnie w nich z czasem.
      Co istotne, stwierdzono, że plastik w gniazdach to głównie odpady poużytkowe, wyrzucane w obszarach zabudowanych. Kończą one w gniazdach nie dlatego, że ptaki morskie aktywnie je zbierają i przenoszą do gniazda, ale dlatego, że podlegają biernemu transportowaniu przez prądy morskie - podkreśla dr Ruedi Nager.
      Danni Thompson, która współpracowała z dr. Nagerem, przyglądała się bliżej mewom srebrzystym (Larus argentatus), najliczniejszemu gatunkowi na Lady Isle.
      Ponieważ mewy srebrzyste często żerują na wysypiskach, chcieliśmy sprawdzić, czy połykają przy tym plastik i przynoszą go do gniazd - opowiada Thompson.
      Bazując na zdjęciach gniazd i tworzyw znalezionych w zwróconych resztkach pokarmu w miejscu gniazdowania, naukowcy mogli porównać rodzaj i kolor plastiku pochodzącego z regurgitacji i wbudowanego w konstrukcję. Gdyby źródłem materiału w gnieździe były kawałki pochodzące z żerowania w obszarach zamieszkanych, można by się spodziewać sporych podobieństw między kawałkami ze zwróconej treści i gniazda.
      Okazało się jednak, że rodzaj plastiku z diety różnił się od znalezionego w gnieździe, co pokazało nam, że plastik z gniazd dostał się tu w inny sposób - opowiada dr Nager.
      Naukowcy sporządzili mapę wszystkich gniazd na wyspie i sprawdzili, czy gniazda z odpadami tworzyw sztucznych są równo rozmieszczone. Okazało się, że gniazda z północy Lady Isle, które znajdują się bliżej strefy pływów od strony stałego lądu, częściej zawierają plastik (o ile w południowej połowie wyspy plastik wchodził w skład 32,1% gniazd mew srebrzystych, o tyle na północy odsetek ten wynosił już 42,3%). To sugeruje, że plastik w gniazdach pochodzi z lądu i jest wymywany na brzeg. Jednym słowem, ptaki mogą go zbierać z bezpośredniego otoczenia gniazda.
      Jak podali autorzy raportu z Marine Pollution Bulletin, plastik wykryto w 80% gniazd kormoranów czubatych, 53% gniazd mew siodłatych (Larus marinus), 35% gniazd mew srebrzystych, a także 25% gniazd mew żółtonogich (Larus fuscus) i kormoranów zwyczajnych (Phalacrocorax carbo).
      Liczebność populacji ptaków morskich na świecie spada, dlatego tak ważne jest, by zrozumieć wszystkie działające na nie presje. Ptaki te stykają się z zanieczyszczeniem plastikiem, bo zjadają tworzywa sztuczne, zaplątują się w odpady (np. sieci czy torby) i wreszcie wbudowują tworzywa w swoje gniazda. Ostatnie z opisanych zjawisk może wpływać na jakość i właściwości gniazd, negatywnie oddziałując na jaja i pisklęta. Możliwe także, że dorosłe ptaki i pisklęta zaplątują się w resztki tworzyw i giną.
      Wykorzystanie dokumentacji fotograficznej do monitorowania ilości/akumulacji plastiku, a także do identyfikacji jego pochodzenia pozwoli, wg biologów, lepiej zaplanować działania ochronne, np. wybrać plaże, które należałoby posprzątać w pierwszej kolejności.
       

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Świat ma coraz większy problem z plastikowymi odpadami. By mu zaradzić chemicy z Cornell University opracowali nowy polimer o właściwościach wymaganych w rybołówstwie, który ulega degradacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, dowiadujemy się z artykułu opublikowanego na łamach Journal of the American Chemical Society.
      Stworzyliśmy plastik o właściwościach mechanicznych wymaganych w komercyjnym rybołówstwie. Jeśli  wyposażenie to zostanie zgubione w wodzie, ulegnie degradacji w realistycznej skali czasowej. Taki materiał może zmniejszyć akumulowanie się plastiku w środowisku, mówi główny badacz, Bryce Lipinski, doktorant z laboratorium profesora Geoffa Coatesa. Uczony przypomina, że zgubione wyposażenie kutrów rybackich stanowi aż połowę plastikowych odpadów pływających w oceanach. Sieci i liny rybackie są wykonane z trzech głównych rodzajów polimerów: izotaktycznego polipropylenu, polietylenu o wysokiej gęstości oraz nylonu-6,6. Żaden z nich nie ulega łatwej degradacji.
      Profesor Coates od 15 lat pracuje na nowym rodzajem plastiku o nazwie izotaktyczny tlenek polipropylenu (iPPO). Podwaliny pod stworzenie tego materiału położono już w 1949 roku, jednak zanim nie zajął się nim Coates niewiele było wiadomo o jego wytrzymałości i właściwościach dotyczących fotodegradacji.
      Lipinski zauważył, że iPPO jest zwykle stabilny, jednak ulega degradacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. W laboratorium widać skutki tej degradacji, jednak są one niewidoczne gołym okiem. Tempo rozpadu tworzywa zależy od intensywności promieniowania. W warunkach laboratoryjnych łańcuch polimerowy uległ skróceniu o 25% po 30-dniowej ekspozycji na UV. Ostatecznym celem naukowców jest stworzenie plastiku, który będzie rozpadał się całkowicie i nie pozostawi w środowisku żadnych śladów. Lipinski mówi, że w literaturze fachowej można znaleźć informacje o biodegradacji krótkich łańcuchów iPPO. Uczony ma jednak zamiar udowodnić, że całkowitemu rozpadowi będą ulegały tak duże przedmioty jak sieci rybackie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jedynie około 30% plastiku wykorzystywanego do produkcji plastikowych butelek jest poddawanych recyklingowi. Zwykle w efekcie otrzymujemy produkt o niskiej wytrzymałości. Teraz naukowcy poinformowali o stworzeniu enzymu, który zamienia 90% plastiku w materiał wyjściowy, dzięki czemu możliwe byłoby stworzenie produktu o takich samych właściwościach co wcześniej. Obecnie trwają prace nad skalowaniem technologii i otwarciem w przyszłym roku demonstracyjnego zakładu recyklingu.
      To olbrzymi krok naprzód, mówi John McGeehan, który na University of Portsmouth kieruje centrum opracowującym innowacyjne enzymy. McGeehan nie brał udziału w opracowaniu nowego wynalazku.
      Poli(tereftalan etylenu) – PET –  to jedno z najszerzej stosowanych tworzyw sztucznych. Każdego roku wytwarza się go około 70 milionów ton i powszechnie produkuje się z niego butelki. Butelki PET są poddawane recyklingowi w wielu miejscach, lecz w procesie tym występują liczne problemy. Zakłady recyklingu otrzymują bowiem olbrzymią liczbę PET-ów w różnych kolorach. Materiał jest poddawany działaniu wysokich temperatur i powstaje szara lub czarna masa, której firmy nie chcą używać do produkcji opakowań. Z takiego materiału najczęściej produkuje się włókna plastikowe o niskiej jakości, z których wytwarzane są np. wykładziny podłogowe. Po jakimś czasie trafiają one na wysypisko śmieci lub do spalarni. To nie jest recykling, mówi McGeehan.
      W 2012 roku na Uniwersytecie w Osace opisano enzym LLC, który jest w stanie przerywać wiązania pomiędzy tereftalanem a glikolem etylenowym. To zdecydowanie za mało, a ponadto enzym ten przestaje działać zaledwie po kilku dniach pracy w temperaturze 65 stopni Celsjusza, która jest potrzebna, by zmiękczyć materiał i umożliwić LLC dotarcie do jego wnętrza.
      Teraz Alain Marty, główny naukowiec z firmy Carbios oraz Isabelle Andre z Uniwersytetu w Tuluzie, która specjalizuje się w inżynierii enzymów, postanowili udoskonalić LLC. Zidentyfikowali miejsca, w których enzym przyłącza się do PET i stworzyli setki odmian LLC ze zmienionymi miejscami oraz z dodanymi elementami zwiększającymi stabilność enzymu w wysokich temperaturach. Następnie umieścili najlepsze ze swoich enzymów w bakteriach, namnożyli je i przeanalizowali pod kątem tych, które najbardziej efektywnie rozkładają PET.
      W końcu otrzymali zmutowany enzym, który jest 10 000 razy bardziej efektywny w rozkładaniu PET niż LLC i może bez przeszkód pracować w temperaturze 72 stopni Celsjusza.
      Podczas prób w małym reaktorze testowym okazało się, że zmodyfikowany LLC jest w stanie rozłożyć 90% z 200-gramowego ładunku PET w ciągu 10 godzin. Uzyskane w ten sposób składniki zostały wykorzystane do ponownej produkcji butelek PET i okazało się, że mają one takie same właściwości, jak oryginalne butelki, z których powstały.
      McGeehan zauważa, że jedną z największych zalet nowego enzymu jest fakt, że z materiału poddanego recyklingowi otrzymujemy materiał wyjściowy do produkcji PET o właściwościach takich, jak materiał pierwotny. Co więcej, otrzymujemy go nawet wówczas, gdy w poddawanym recyklingowi materiale znajdują się PET o różnych kolorach czy plastiki inne niż PET. Dzieje się tak dlatego, że zmodyfikowany LLC przerywa wyłącznie wiązania pomiędzy oboma składnikami PET, przywracając je do formy wyjściowej. Pomija przy tym wszystko inne, w tym barwniki czy inne tworzywa sztuczne.
      Firma Carbios już buduje zakład, który ma przetwarzać setki ton PET rocznie. Jeśli technologia będzie działała jak należy, a jej wykorzystanie będzie ekonomicznie uzasadnione, być może poradzimy sobie z recyklingiem jednego z najbardziej rozpowszechnionych tworzyw sztucznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Żółwie morskie mylą zapach porośniętych fragmentów tworzyw sztucznych z wonią pożywienia. Odkryliśmy, że karetty reagują na zapach porośniętego plastiku w taki sam sposób, jak na woń pokarmu, co sugeruje, że żółwie może przyciągać nie tylko wygląd kawałków tworzyw, ale i ich zapach - opowiada Joseph Pfaller z Uniwersytetu Florydzkiego w Gainesville.
      Pułapka zapachowa może pomóc w wyjaśnieniu, czemu żółwie morskie zjadają i tak często zaplątują się w plastik.
      Długo sądzono, że żółwie mylą kawałki tworzyw z ofiarami, np. meduzami. Pfaller i jego zespół zauważyli jednak, że bardzo mało wiadomo o mechanizmach sensorycznych, które mogą odpowiadać za wabienie żółwi do plastiku.
      Co istotne, współautor badania Matt Savica z Uniwersytetu Stanforda odkrył wcześniej, że wonne związki, wykorzystywane przez drapieżniki, by zidentyfikować ofiary i zlokalizować obszary oceanu o podwyższonej produktywności, są też emitowane przez porośnięte fragmenty tworzyw. Amerykanie zadali więc sobie pytanie, co to może znaczyć dla żółwi morskich.
      By to ustalić, zaplanowano badania z udziałem 15 młodych karett. Żółwie były umieszczane w eksperymentalnych akwariach. Po chwili aklimatyzacji zapachy podawano przez rurkę. Wonie akumulowały się przez 2 min, a gdy żółw się wynurzał, by nabrać powietrza, przez 4 min zbierano dane nt. jego zachowania. Każdy osobnik w losowej kolejności stykał się z dwoma źródłami odorantów - pokarmem (20 g posiekanego granulatu z ryb i krewetek) i porośniętym plastikiem (pustą półlitrową butelkę zostawiano na 5 tygodni w środowisku morskim, by porosło mikro- i makrobiotą, a następnie cięto na 10 równych części) - a także z 2 zabiegami kontrolnymi: dejonizowaną wodą (100 ml) i czystym plastikiem. Naukowcy uważali, by nie usunąć biofilmów lub nie przemieścić organizmów z plastiku poddanego biofoulingowi.
      Okazało się, że żółwie reagowały na porośnięte tworzywa tak samo jak na pokarm. W porównaniu do zapachów kontrolnych, w obu tych przypadkach trzymały nozdrza nad wodą ponad 3-krotnie dłużej.
      Byliśmy zaskoczeni, że żółwie reagowały na zapachy z porośniętego plastiku z taką samą intensywnością, co na swój pokarm. Spodziewaliśmy się, że na jedno i drugie będą reagować w większym stopniu niż na zabiegi kontrolne. Ponieważ karetty znają zapach swojego pokarmu, bo wąchają go i jedzą w niewoli od 5 miesięcy, spodziewałem się jednak, że w tym przypadku reakcja będzie silniejsza.
      Potrzeba dalszych badań, by wykazać, jakie związki emitowane z plastiku wabią żółwie i jaką rolę odgrywają tu odoranty z wody.
      Ze szczegółowymi danymi można się zapoznać na łamach pisma Current Biology.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...