حل مشکل میکروپلاستیک ها با استفاده از جلبک

یک مطالعه جدید حاکی از آن است که 97 درصد پلاستیک مبتنی بر جلبک، حتی زمانی که به صورت میکروذرات آسیاب می‌شود، در کمتر از هفت ماه در کمپوست و آب تجزیه می‌شود.

به گزارش تکناک ،محققان امیدوارند پلاستیک آنها در نهایت جایگزین پلاستیک‌های نفتی موجود شود که به دلیل تأثیراتشان بر سلامت و محیط زیست باعث نگرانی عمده‌ای در جهان شده‌اند.

در سال‌های اخیر، صحبت‌ها و تحقیقات زیادی درباره میکروپلاستیک‌ها که قطعات ریز و تقریباً غیرقابل تخریبی هستند که از محصولات پلاستیکی روزمره ریخته می‌شوند، وجود داشته است.

بیشتر تحقیقات بر روی ابداع روش‌هایی برای جمع‌آوری و حذف میکروپلاستیک‌ها از محیط به‌منظور جلوگیری از مشکلات سلامتی که می‌توانند ایجاد کنند، متمرکز شده است.

در یک مطالعه جدید، محققان دانشگاه سن دیگو (UC San Diego) و شرکت علوم مواد Algenesis از زاویه دیگری به این مشکل پرداختند و پلیمری گیاهی ساختند که حتی زمانی که به یک میکروپلاستیک تبدیل شود، در کمتر از هفت ماه تجزیه زیستی می‌شود.

مایکل بورکارت، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: ما به‌تازگی در حال شروع به درک مفاهیم میکروپلاستیک هستیم. ما در حال تلاش برای یافتن جایگزین‌هایی برای موادی هستیم که از قبل وجود دارند و می‌خواهیم مطمئن شویم که این جایگزین‌ها در پایان عمر مفیدشان به جای جمع‌آوری، در محیط زیست تجزیه می‌شوند. البته این کار آسان نیست.

تجزیه زیستی فرآیندی است که در آن میکروب‌ها، پلیمرها را به مولکول‌های ساده‌تر تجزیه می‌کنند. این امر مستلزم آن است که پلیمر حاوی پیوندهای شیمیایی باشد که از نظر فیزیکی برای آنزیم‌های تجزیه‌کننده پلاستیک که میکروب‌ها تولید می‌کنند، قابل دسترسی باشد و این میکروب‌ها بتوانند مولکول‌های آزاد شده در اثر تجزیه پلیمر را مصرف کنند.

همه پلاستیک‌ها پلیمری هستند، اما همه پلیمرها پلاستیک نیستند.

رابرت پومروی، بنیانگذار شرکت Algenesis و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: زمانی که ما برای اولین بار حدود شش سال پیش این پلیمرهای مبتنی بر جلبک را ایجاد کردیم، هدف ما این بود که آنها کاملاً زیست تخریب‌پذیر باشند. ما داده‌های زیادی داشتیم که نشان می‌دادند مواد ما در کمپوست ناپدید می‌شوند، اما این اولین بار است که آن را در سطح ریز ذرات اندازه‌گیری می‌کنیم.

سال‌ها پیش، پروژه‌ای توسط پومرو، بورکارت و یک استاد زیست‌شناسی مولکولی به نام استفان می‌فیلد، برای تبدیل جلبک‌ها به سوخت، به تلاشی برای تولید پلی‌اورتان زیست تخریب‌پذیر با کارایی بالا تبدیل شد.

با توجه به اینکه پلاستیک‌ها از نفت و نفت از جلبک‌ها به دست می‌آید، محققان تصمیم گرفتند مستقیماً از روغن جلبک پلاستیک بسازند و یک پلیمر مبتنی بر جلبک به نام TPU-FC1 توسعه دادند که برای ساخت اولین کفش‌های زیست تخریب‌پذیر در جهان استفاده شد. پومرو حتی کتابی در مورد مواد مبتنی بر جلبک خود نوشت.

برای مطالعه فعلی، محققان از یک سنباده تسمه‌ای مجهز به کاغذ سنباده 80 برای تولید میکروپلاستیک از مواد مختلف از جمله TPU-FC1 استفاده کردند.

برای جلوگیری از آلودگی متقاطع روی هر ماده از سنباده‌های تسمه‌ای مختلف استفاده شد. محققان از معیارهای مختلفی برای آزمایش اینکه آیا میکروب‌ها میکروپلاستیک‌ها را هضم می کنند یا خیر، استفاده کردند.

ابتدا میکروپلاستیک‌ها در کمپوست قرار گرفتند که به‌طور طبیعی حاوی میکروب است. پس از 90 روز، بررسی نمونه‌های کمپوست کاهش 68 درصدی را در میکروذرات TPU-FC1 نشان داد، در حالی که میزان میکروذرات EVA تقریباً بدون تغییر بود. پس از 200 روز، تعداد ذرات میکروپلاستیک در نمونه TPU-FC1 کاهش کلی 97 درصدی را نسبت به شمارش اولیه نشان داد (تعداد EVA تغییری نکرد)

شمارش ذرات میکروپلاستیک‌های نفتی (EVA) و گیاهی (TPU-FC1) نشان می‌دهد که با گذشت زمان، EVA ها عملاً تخریب زیستی از خود نشان نمی‌دهند، در حالی که TPU ها عمدتاً تا روز 200 ناپدید شدند

از مجموعه‌ای موازی از نمونه‌ها که متشکل از میکروپلاستیک‌ها و کمپوست‌های یکسانی بودند، برای ردیابی سطوح دی‌اکسید کربن (CO2) استفاده شد که با استفاده از تنفس‌سنج، اندازه‌گیری شد. هنگامی که میکروب‌ها کمپوست را تجزیه می‌کنند، گاز دی‌اکسید کربن آزاد می‌کنند.

در این مطالعه از نمونه‌های فقط سلولزی به عنوان یک معیار برای کنترل داخلی نظارت بر پس‌زمینه تکامل CO2 که معیاری برای اندازه‌گیری فعالیت میکروبی در یک کمپوست است، استفاده شد.

سلولز در عرض 45 روز به 75٪ تکامل CO2 رسید که نشان می‌دهد کمپوست به اندازه کافی فعال است. همانطور که برای یک ماده غیرقابل تجزیه انتظار می‌رفت، ریزذرات EVA هیچ تکامل CO2 را در آزمایش 200 روزه از خود نشان ندادند.

میکروپلاستیک‌های TPU-FC1 تجزیه زیستی قابل‌توجهی را نشان دادند و در نقطه زمانی 200 روزه به 76٪ تکامل CO2 رسیدند. بنابراین تنفس‌سنجی زیست تخریب‌پذیری TPU-FC1 را تایید کردند و نشان دادند که یکی از نتایج این تجزیه زیستی، تبدیل کربن از میکروپلاستیک‌ها به CO2 بود.

از آنجایی که پلاستیک‌ها در آب محلول نیستند و شناور می‌شوند، می‌توان آن‌ها را به راحتی از سطح آب جدا کرد، بنابراین محققان در مرحله بعدی میکروپلاستیک‌ها را با افزودن آنها به آب آزمایش کردند.

در فواصل زمانی 90 و 200 روزه، تقریباً 100 درصد از میکروپلاستیک‌های EVA بازیابی شدند، به این معنی که هیچ‌کدام تجزیه نشده بودند. در مقابل، پس از 90 روز، تنها 32 درصد از ریزذرات TPU-FC1 بازیابی شدند و پس از 200 روز، تنها 3 درصد آنها بازیافت شدند که نشان می‌دهد آنها 97 درصد تجزیه زیستی شده‌اند.

تجزیه و تحلیل شیمیایی پلاستیک مبتنی بر جلبک، وجود مونومرهای مورد استفاده برای ساخت پلاستیک را شناسایی کرد که نشان می‌دهد پلیمر به مواد اولیه گیاهی خود تجزیه شده است. تجزیه و تحلیل بیشتر باکتری‌هایی را شناسایی کرد که می‌توانند از TPU-FC1 به عنوان منبع کربن استفاده کنند و محققان تأیید کردند که می‌توانند آن را تجزیه کنند.

استفن میفیلد، یکی دیگر از نویسندگان این مطالعه گفت: این ماده اولین پلاستیکی است که در زمان استفاده ما میکروپلاستیک ایجاد نکرد. این چیزی بیش از یک راه حل پایدار برای چرخه عمر نهایی محصول و محل‌های شلوغ دفن زباله‌ است. این در واقع پلاستیکی است که ما را بیمار نمی‌کند.

ایجاد پلاستیک زیست تخریب‌پذیر با استفاده از تجهیزات تولید معمولی، تاکنون دشوار بوده است، اما شرکت Algenesis در حال پیشرفت است. این شرکت با Trelleborg برای تولید پارچه‌های روکش‌دار و شرکت RhinoShield برای تولید قاب‌های تلفن‌همراه شریک شده است.

بورکارت گفت: وقتی این کار را شروع کردیم، به ما گفتند که غیرممکن است. اکنون ما یک واقعیت متفاوت می بینیم. البته هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد.

این مطالعه در مجله Scientific Reports منتشر شد.