Biodegradowalne materiały zamiast tworzyw sztucznych

Badania nad biodegradowalnymi materiałami w Łukasiewicz – Instytucie Chemii Przemysłowej pokazują, że jesteśmy na dobrej drodze do znalezienia realnej alternatywy dla tworzyw sztucznych. Prace nad nowoczesnymi biomateriałami to przyszłość ekologicznych technologii. Nie oznacza to jednak, że problem plastiku zniknie z dnia na dzień. Wciąż pozostają wyzwania, z którymi dziś mierzą się polscy naukowcy.

Tworzywa sztuczne to materiały o niemal nadprzyrodzonych zdolnościach – trwałe, odporne na warunki atmosferyczne i chemiczne, niezwykle plastyczne i względnie tanie w produkcji. Zaczęto je powszechnie stosować ok. 1950 r., a ich globalna produkcja wynosiła wówczas 2 mln t rocznie. Od tego czasu liczba ta stale rośnie, osiągając w ubiegłym roku 400 mln t. Problemem są kwestie środowiskowe – 75% tworzyw sztucznych po użyciu trafia na wysypiska śmieci. A pamiętajmy, że są to materiały niemal nieśmiertelne – rozkładają się setki lat, a ich fragmenty przenikają do każdego zakątka ekosystemu.

Zanieczyszczenie plastikiem to już nie tylko odpady na wysypiskach. To mikroplastik w powietrzu, wodzie i glebie, który dostaje się do organizmów zwierząt i ludzi. Woda, którą pijemy, powietrze, którym oddychamy, jedzenie, które spożywamy – wszystko to zawiera mikroplastik. Szacuje się, że każdy z nas spożywa ok. 5 g mikroplastiku tygodniowo – to jakbyśmy jedli jedną plastikową kartę kredytową. Według Międzynarodowej Unii Ochrony Przyrody 35% mikroplastiku w środowisku pochodzi z tekstyliów syntetycznych, 28% ze ścierania opon samochodowych i 24% z kurzu miejskiego.

Naukowcy z Łukasiewicz – IChP na tropie alternatywy

Czy można stworzyć materiał o właściwościach podobnych do tworzyw sztucznych, ale który rozkłada się naturalnie w środowisku? Nad tym pracują naukowcy Grupy Badawczej Technologii Polimerów Sekcji Biomateriałów w Łukasiewicz – IChP. W laboratoriach instytutu opracowywane są innowacyjne biotworzywa, które dzięki swojej biodegradowalności mogą przyczynić się do rozwiązania problemu zanieczyszczenia plastikiem i nadmiernej ilości odpadów.

Biodegradowalność to zdolność materiału do rozkładu na proste, nieszkodliwe związki, takie jak dwutlenek węgla, woda i biomasa, dzięki działaniu mikroorganizmów – bakterii, grzybów czy alg. Szczególnym przypadkiem biodegradacji jest kompostowalność. Materiały kompostowalne ulegają rozkładowi w kontrolowanych warunkach, a ich pozostałości wzbogacają glebę w składniki odżywcze, nie powodując jej zanieczyszczenia.

– Największy potencjał mają materiały pochodzenia naturalnego, które po zakończeniu cyklu życia ulegają biodegradacji i wracają do środowiska. Zajmujemy się przede wszystkim biodegradowalnymi opakowaniami na bazie chitozanu, skrobi czy polihydroksymaślanu, które mogą stać się przyszłością opakowań spożywczych – mówi dr Katarzyna Łęczycka-Wilk, kierownik Sekcji Biomateriałów Grupy Badawczej Technologii Polimerów Łukasiewicz – IChP.

Polimery biodegradowalne to przyszłość ekologicznych opakowań

Standardowa folia polietylenowa rozkłada się przez setki lat. Alkohol poliwinylowy, podobnie jak polietylen, pozyskiwany jest z paliw kopalnych, jednak z tą różnicą, że związek ten posiada zdolność do biodegradacji. Z uwagi na swoje właściwości, takie jak przezroczystość, elastyczność czy rozpuszczalność w wodzie, znalazł wiele zastosowań jako ekologiczny zamiennik dla polietylenu. Chitozan to naturalny polimer otrzymywany z chityny – substancji budującej pancerzyki skorupiaków, ale również ściany komórkowe grzybów. To materiał niezwykle interesujący, ponieważ:

• jest biodegradowalny – rozkłada się w krótkim czasie,
• ma właściwości przeciwbakteryjne – zapobiega psuciu się żywności,
• można go stosować do produkcji opakowań aktywnych, które chronią jedzenie przed psuciem, ograniczając rozwój drobnoustrojów i wydłużając jego świeżość.

Zastosowanie odpowiednich plastyfikatorów, takich jak ciecze głęboko eutektyczne, w obu wskazanych polimerach pozwala na otrzymanie elastycznych materiałów, które nadają się do przechowywania żywności (np. chleba) oraz wykazują właściwości przeciwdziałające rozwojowi pleśni. To oznacza, że w przyszłości jednorazowe opakowania mogą stać się czymś, co nie tylko nie szkodzi środowisku, ale wręcz je wspomaga.

– Choć zalety opracowanych biomateriałów są niezaprzeczalne, to biotworzywa mają również swoje ograniczenia, głównie ekonomiczne. Jesteśmy jednak przekonani, że przyszłość należy do rozwiązań, które faktycznie zamykają cykl życia materiału, tak jak dzieje się to w naturze – przekonuje mgr Brian Kaczmarczyk z Sekcji Biomateriałów Grupy Badawczej Technologii Polimerów Łukasiewicz – IChP.

Czy biotworzywa to cudowny lek na globalne zanieczyszczenie plastikiem?

Walka z plastikiem to jedno z największych wyzwań XXI w. Biotworzywa mogą stanowić realną alternatywę dla konwencjonalnych tworzyw sztucznych. Badania nad nimi stanowią istotny krok w kierunku bardziej zrównoważonej gospodarki materiałowej i są coraz częściej podejmowane przez liczne instytuty oraz ośrodki badawcze. O tych innowacyjnych rozwiązaniach mówił mgr Brian Kaczmarczyk na ogólnopolskiej konferencji „Przyszłość tworzyw sztucznych w erze zrównoważonej gospodarki” w Nadarzynie, gdzie zaprezentował nowoczesne technologie biodegradowalnych opakowań, wskazując, że przyszłość tkwi w synergii nauki, technologii i ekologii.

– Jeśli ludzkość podejdzie do problemu zanieczyszczenia plastikiem z odpowiednią determinacją, za kilkanaście lat zamiast plastikowego „cmentarzyska” możemy pozostawić przyszłym pokoleniom świat oparty na ekologicznych, biodegradowalnych rozwiązaniach. Niestety, nie wszystkie tworzywa sztuczne stosowane obecnie w różnych dziedzinach mogą zostać zastąpione ich biodegradowalnymi odpowiednikami. Dlatego równie istotnym kierunkiem rozwoju jest tworzenie infrastruktury umożliwiającej zamknięty obieg materiałów i efektywny recykling jak największej ilości tworzyw niebiodegradowalnych – tłumaczy badacz.

Źródło: Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej/M.S.

Czytaj także: Naukowcy PRz zbadają wpływ starzenia mikroplastików na efektywność koagulacji