مجله ساپل
پلاستیک زیست تخریب پذیر چیست؟
به پلاستیکهایی گفته میشود که تحت شرایطی مشخص، توسط میکروارگانیسمها به آب، دیاکسید کربن (یا متان) و زیستتوده (biomass) تجزیه میشوند. این پلاستیکها انعطافپذیری بالایی در فرآیندهای تولید صنعتی دارند؛ به طوری که میتوان آنها را به شکل فومهای بستهبندی درآورد یا با استفاده از ماشینآلات معمولی و اصلاحشده، تحت فرآیندهای اکستروژن و قالبگیری تزریقی قرار داد پس می توان با آن ها انواع ظروف بسته بندی ودبه های 20 لیتری و بطری های پلاستیکی را تولید کرد. همچنین به منظور تغییر ظاهر بیرونی یا خواص متمایز این مواد، امکان استفاده از انواع مختلفی از پرکنندهها نظیر آرد چوب، آهک، خاک رس یا کاغذهای باطله به همراه آنها وجود دارد.
این پلاستیکها بر اساس ساختار و منشأ مواد اولیه، به دو دسته ی اصلی تقسیم میشوند:
- پلاستیکهای زیستی: پلاستیکهایی که اجزای سازنده آنها از مواد اولیه تجدیدپذیر به دست میآیند.
- پلاستیکهای پتروشیمیایی با افزودنیهای زیستتخریبپذیر: پلاستیکهایی که پایه نفتی (پتروشیمی) دارند، اما به آنها افزودنیهای زیستتخریبپذیری مانند باکتری ها اضافه شده است که فرآیند تجزیه زیستی را در آنها تقویت و تسریع میکند.
این پلاستیکها یک راهکار ایدهآل برای کاربردهای کوتاهمدت و یکبار مصرف به شمار میروند؛ به ویژه در مواردی مانند بستهبندی مواد غذایی، ظروف یکبار مصرف، بخشهای کشاورزی و باغبانی و همچنین سیستمهای جمعآوری و تفکیک زبالههای آلی.
باکتری چگونه در دمای بالای تولید پلاستیک زنده میماند؟
اصلاً چرا باکتری را به پلاستیک اضافه میکنیم؟
اضافه کردن باکتری Bacillus subtilis به پلاستیک دو دلیل بسیار شگفتانگیز دارد:
- پلاستیکهای معمولی قرنها در طبیعت باقی میمانند و به محیط زیست آسیب میزنند. اما دانشمندها این باکتریها را به صورت «خواب زمستانی» داخل پلاستیک قرار میدهند. تا زمانی که شما از این پلاستیک استفاده میکنید، باکتریها کاملاً خواب هستند و هیچ کاری نمیکنند. اما به محض اینکه عمر مفید پلاستیک تمام شده و آن را دور میاندازید، وقتی در مجاورت خاک، رطوبت یا کود (کمپوست) قرار میگیرد، باکتریها بیدار می شوند و شروع به ترشح آنزیمهایی میکنند که پلاستیک را از درون مثل غذا میخورند و کاملاً به مواد بیخطر و طبیعی تجزیه میکنند .
مثلاً در یک نوع پلاستیک زنده، این فرآیند باعث شد پلاستیک ظرف فقط ۶ روز کاملاً تجزیه شود، بدون اینکه حتی یک ذره میکروپلاستیکِ خطرناک از خود به جا بگذارد. در نوع دیگر پلاستیک (مثل پلیاورتان)، باکتریها توانستند پلاستیک را ظرف ۵ ماه در کود بیش از ۹۲ درصد تجزیه و متلاشی کنند.
- شاید فکر کنید اضافه کردن باکتری به پلاستیک آن را ضعیف یا شل میکند؛ اما برعکس است! این باکتریها مثل آجرهای بسیار ریز و مقاوم (پرکنندههای زنده) عمل میکنند. آنها به طرز عجیبی خواص مکانیکی پلاستیک را تقویت میکنند؛ به طوری که مقاومت کششی آن را تا ۳۰ درصد و چقرمگی (مقاومت پلاستیک در برابر ضربه و پاره شدن) آن را تا ۳۷ درصد افزایش میدهند .
این باکتری چطور در دمای ذوب پلاستیک زنده میماند؟
دمای دستگاه های کارخانههای پلاستیکسازی مانند ساپل بسیار بالا است (بالای ۱۳۰ درجه سانتیگراد)؛ دمایی که هر موجود زندهای را در جا میکشد. اما این باکتری با دو ترفند از این جهنم داغ جان سالم به در میبرد:
- یک سپر دفاعی طبیعی به نام هاگ (اسپور): این باکتری یک ویژگی طبیعی و جالب دارد؛ وقتی شرایط محیطی سخت و خطرناک میشود، خودش را درون یک زره پروتئینی چند لایه و بسیار محکم بستهبندی میکند، آب داخل بدنش را کاملاً تخلیه میکند تا از ژنها و DNA خود محافظت کند.
- ورزشکار کردن باکتریها در آزمایشگاه (تکامل هدایتشده): با وجود این زره طبیعی، اسپورهای معمولی نهایتاً تا دمای ۱۰۰ درجه (آب جوش) زنده میمانند و در دمای بالای ۱۳۰ درجه کارخانه پلاستیکسازی به سرعت نابود میشوند. دانشمندان برای حل این مشکل، از روشی به نام «تکامل آزمایشگاهی تطبیقی» (ALE) استفاده کردند. آنها باکتریها را در چرخههای متعدد بارها و بارها در معرض حرارتهای شدید آب جوش قرار دادند و هر بار قویترینها را که زنده میماندند، پرورش دادند درست مثل تربیت یک قهرمان ورزشی.
این تمرین حرارتی سخت باعث می شود تغییرات و جهشهای ژنتیکی خاصی در باکتریها رخ دهد که مقاومت حرارتی باکتری را تا ۱۷.۷ برابر افزایش می دهد. به لطف این جهشهای ژنتیکی خیرهکننده، این باکتریهای ورزشکار میتوانند فرآیند فوقالعاده داغ دستگاههای تزریق پلاستیک در دمای ۱۳۵ درجه سانتیگراد را پشت سر بگذارند و آماده بمانند تا وظیفه نهایی خود یعنی متلاشی کردن پلاستیک را در زمان مناسب انجام بدهند.
چشمانداز پلاستیکهای هوشمند
آینده علم مواد و مدیریت پسماند، دیگر در گرو روشهای سنتی مانند دفن یا سوزاندن زبالهها نیست؛ بلکه متعلق به پلاستیکهای هوشمند و قابل برنامهریزی است. میتوان با تلفیق زیستشناسی و صنعت، پلاستیکهایی ساخت که خودشان مسئولیت پایان عمر خود را به عهده میگیرند و دیگر قرن ها محیط زیست را آلوده نمی کنند.
در این رویکرد انقلابی، باکتری های تکاملیافته میتوانند سالها بدون نیاز به آب و غذا، در حالت خواب زمستانی درون ساختار سخت پلاستیک باقی بمانند و هیچ آسیبی به خواص مکانیکی و عملکردی آن در طول دوران استفاده نزنند. اما به محض اینکه عمر مفید محصول به پایان برسد و پلاستیک در محیط کمپوست قرار بگیرد، این باکتری های خواب با حس کردن رطوبت و مواد مغذی بیدار می شوند. آنها به عنوان کاتالیزورهای زنده شروع به ترشح آنزیمهای پلیمری کرده و پلاستیک را از درون متلاشی میکنند؛ به طوری که آزمایشها نشان میدهند این پلاستیکهای زنده قادرند بیش از ۹۲ درصد از جرم خود را تنها در مدت ۵ ماه در کود کمپوست کاملاً تجزیه کنند. این دستاورد مسیر را برای ساخت نسل جدیدی از پلاستیکهای هوشمند هموار میکند که میتوانند به عنوان حسگرهای زنده عمل کنند، به تغییرات محیطی پاسخ دهند و در نهایت، بدون بر جای گذاشتن ذرهای میکروپلاستیکِ خطرناک به دامان طبیعت بازگردند.
گالن پلاستیکی
بطری پلاستیکی
درب پلاستیکی
