ابداع یک بیوپلاستیک جدید با سرعت تجزیه بسیار بالا

01

از 03

سلولز دی‌استات: سریع‌ترین بیوپلاستیک تجزیه‌پذیر

سلولز دی‌استات (CDA) یک بیوپلاستیک است و از سلولز که یک پلیمر طبیعی موجود در دیواره‌های سلولی گیاهان و به‌ ویژه در پنبه و خمیر چوب می‌باشد، مشتق شده است.

از زمان یافتن آن در اواخر دهه 1800، سلولز دی‌استات در محصولات متنوعی مانند: عینک آفتابی، فیلتر سیگار و فیلم عکاسی استفاده شده است. سلولز دی‌استات ماده‌ای چندکاره است که ما در زندگی روزمره‌ خود بدون اینکه متوجه باشیم، با آن مواجه می‌شویم.

به گفته پژوهشگران WHOI، سلولز دی‌استات سریع‌ترین پلاستیک تجزیه‌پذیر در آب دریا در مقایسه با دیگر بیوپلاستیک‌ها است.

با معرفی یک فرایند اصلاح به نام «فومینگ»، که در آن ماده متخلخل می‌شود، سلولز دی‌استات می‌تواند تا 15 برابر سریع‌تر از حالت جامد خود تجزیه شود. در واقع، سلولز دی‌استات فوم‌شده حتی سریع‌تر از کاغذ مورد تجزیه قرار می‌گیرد، که اغلب به عنوان یکی از مواد دوستدار محیط‌ زیست شناخته می‌شود.   

کالین وارد، نویسنده ارشد این مطالعه، اهمیت این یافته‌ها را تأکید کرد و گفت: «ما با این دانش بنیادین به طراحی یک ماده جدید پرداختیم که به‌ طور همزمان نیازهای مصرف‌کننده را برآورده می‌کند و در اقیانوس سریع‌تر از هر ماده پلاستیکی دیگری که می‌شناسیم، حتی سریع‌تر از کاغذ تجزیه می‌شود.»

وارد در بیانیه مطبوعاتی اعلام کرد: «این یک موفقیت بزرگ در زمینه‌ای است که اغلب بر جنبه‌های منفی آلودگی پلاستیک تمرکز دارد، به جای اینکه به سمت راه‌حل‌هایی برای حل مشکل حرکت کند.»

تیم تحقیقاتی یک آزمایش ۳۶ هفته‌ای انجام دادند که در آن فوم سلولز دی‌استات در تانک‌هایی پر از آب دریا که به‌ طور مداوم جریان داشت، قرار داده شد. نتایج شگفت‌انگیز بود. ۶۵-۷۰ درصد از جرم اولیه ماده از بین رفت، که نشان‌دهنده تجزیه‌زیستی سریع بود.

در مقابل، پلاستیک‌های معمولی مانند استایروفوم در همان دوره هیچ تجزیه‌ای نشان ندادند. این مشخص می‌کند که فوم سلولز دی‌استات، پتانسیل زیادی برای کاهش تأثیرات زیست‌محیطی طولانی‌مدت پلاستیک‌ها در اقیانوس دارد.  

02

از 03

سلولز دی‌استات فومی: گامی به سوی آینده‌ای پاک‌تر

 یکی از جنبه‌های امیدوارکننده این تحقیق، پتانسیل سلولز دی‌استات برای جایگزینی برخی از پلاستیک‌های مشکل‌ساز در زندگی روزمره ما است. به عنوان مثال، وارد و همکاران او در WHOI با شرکت تولید بیوپلاستیک Eastman همکاری کردند تا کاربردهای تجاری سلولز دی‌استات فومی را بررسی کنند.

شرکت Eastman یک سینی زیست‌تجزیه‌پذیر و کمپوست‌پذیر ساخته شده از CDA فوم‌دار را به عنوان جایگزینی برای سینی‌های استایروفومی گوشت معرفی کرده است، که تحت هیچ شرایط طبیعی، چه در زمین و چه در آب، تجزیه نمی‌شوند.

یافته‌های این مطالعه می‌تواند صنایع را از پلاستیک‌های سنتی دور کند و به سمت جایگزین‌های دوست‌دار محیط زیست هدایت نماید. موفقیت سلولز دی‌استات فومی نشان می‌دهد که این ماده می‌تواند در دامنه وسیعی از محصولات استفاده شود و میزان زباله پلاستیکی پایدار در اقیانوس را کاهش دهد.

تیم وارد این مطالعه را در یک محیط آزمایشگاهی کنترل‌شده با استفاده از آب دریا در ماساچوست انجام دادند. با تنظیم دقیق متغیرهایی مانند: نور، دما و جریان آب، پژوهشگران توانستند شرایط واقعی اقیانوس را شبیه‌سازی کنند. این روش به آنها نشانه‌ای قابل اعتماد از عملکرد سلولز دی‌استات در محیط‌های دریایی طبیعی ارائه کرد.

اوایل امسال، WHOI نتایج یک مطالعه ۱۶ هفته‌ای را منتشر کرد که تجزیه انواع مختلف نی‌ها ساخته شده از مواد مختلف، از جمله سلولز دی‌استات، پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات‌ها (PHA)، پلی‌لاکتیک اسید (PLA)، پلی‌پروپیلن (PP) و کاغذ را مقایسه کرد.

این مطالعه نشان داد که نی‌های PLA و PP هیچ تجزیه‌پذیری قابل اندازه‌گیری نداشتند، در حالی که دیگر نی‌ها تا ۵۰ درصد تجزیه شدند. با وجود این، نی‌های سلولز دی‌استات فومی ۱۹۰ درصد سریع‌تر از نی‌های سلولز دی‌استات جامد تجزیه شدند و همین نتیجه این ماده را به عنوان یک پلاستیک زیست‌تجزیه‌پذیر برتر تأیید کرد.

03

از 03

آینده‌ای بدون آلودگی پلاستیکی؟

پیامدهای این تحقیق فراتر از سلولز دی‌استات است. با توجه به اینکه پلاستیک‌ها همچنان یکی از منابع اصلی آلودگی در محیط‌های دریایی هستند، یافتن جایگزین‌هایی که سریع‌تر تجزیه شوند، مانند سلولز دی‌استات فومی، می‌تواند به کاهش آسیب‌ها کمک کند.

کشف اینکه سلولز دی‌استات فومی حتی سریع‌تر از کاغذ تجزیه می‌شود، می‌تواند رویکرد ما به بسته‌بندی، تولید و اقلام روزمره را متحول کند.

سینی زیست‌تجزیه‌پذیر جدید Eastman که از سلولز دی‌استات فومی ساخته شده است، فقط آغاز کار است. با تحقیقات و توسعه بیشتر، سلولز دی‌استات فومی و بیوپلاستیک‌های مشابه می‌توانند جایگزین پلاستیک‌های مضر در طیف گسترده‌ای از کاربردها شوند.

این موضوع نه تنها تأثیرات زیست‌محیطی زباله‌های پلاستیکی را کاهش می‌دهد، بلکه ما را به آینده‌ای نزدیک‌تر می‌کند که در آن اقیانوس‌های ما دیگر مملو از پلاستیک‌های پایدار نیستند.

یافته‌های این تحقیق در مجله ACS Sustainable Chemistry & Engineering منتشر شده است.