Našli vedci odpoveď na plastový odpad, ktorý nás zaplavuje zo všetkých strán? Nový plast sa v laboratóriu sám zničil bez mikroplastov
Vedci vytvorili živý plast s baktériami, ktorý sa po aktivácii dokáže rozložiť zvnútra. V laboratóriu zmizol za šesť dní bez vzniku mikroplastov.
Plasty sú jedným z najväčších paradoxov modernej doby. Nájdeš ich takmer všade a často ich používaš len pár minút. Napriek tomu v prírode pretrvávajú celé desaťročia, niekedy aj stáročia. Pri ich postupnom rozklade navyše vznikajú mikroplasty, ktoré sa dnes nachádzajú vo vode, pôde, potravinách aj v ľudskom tele. Vedci ich už našli aj v krvi človeka, čo ukazuje, že plastový odpad už dávno nie je len problémom niekde v oceáne.
Práve tento nesúlad medzi krátkou životnosťou výrobkov a extrémnou trvácnosťou materiálu podnietil vedcov hľadať nové riešenia. Jedným z najzaujímavejších je koncept takzvaných „živých plastov“. Ide o materiály, ktoré v sebe nesú mechanizmus vlastného rozkladu a po aktivácii sa dokážu cielene zničiť.
Za týmto nápadom stojí jednoduchá, no svojím spôsobom prelomová myšlienka. Čo keby sa schopnosť rozkladu zabudovala priamo do samotného plastu? Výskumný tím vedený Zhuojunom Daiom sa preto rozhodol preskúmať, či by bolo možné spojiť plast s mikroorganizmami, ktoré ho dokážu rozkladať. Výsledkom ich práce je materiál, ktorý obsahuje upravené baktérie schopné aktivovať sa v správnom momente a plast postupne rozložiť.
Vedci sa zamerali na jeden konkrétny mikroorganizmus. Išlo o baktériu Bacillus subtilis, ktorú geneticky upravili tak, aby produkovala dvojicu špecifických enzýmov. Každý z nich pritom zohráva inú úlohu, no spolu vytvárajú efektívny „rozkladný tím“.
Plast, ktorý sa po aktivácii začne rozkladať zvnútra
Celý trik spočíva v tom, že baktérie nie sú v plaste aktívne hneď od začiatku. Vedci ich do materiálu pridali vo forme spór, teda mimoriadne odolných štruktúr, ktoré si môžeš predstaviť ako biologický režim hlbokého spánku. Kým plast používaš, nič zásadné sa nedeje. Materiál si zachováva svoje vlastnosti a baktérie v ňom len prežívajú.
Neprehliadni
Zmena nastane až vo chvíli, keď dostanú správny signál v podobe vhodného prostredia, živín a teploty. Vtedy sa spóry aktivujú, baktérie začnú fungovať a spustia výrobu enzýmov, ktoré plast rozoberajú zvnútra. Nejde teda o klasické drobenie materiálu na menšie kúsky, ale o riadený biologický proces.
Prvý enzým funguje ako akýsi náhodný „strihač“, ktorý seká dlhé polymérne reťazce na menšie časti. Predstav si plast ako veľmi dlhú reťaz z rovnakých článkov. Bežný rozklad ju často len poláme na menšie fragmenty, čím vznikajú mikroplasty. V tomto prípade však nastupuje aj druhý enzým, ktorý tieto fragmenty ďalej rozkladá až na jednoduchšie stavebné jednotky.
Práve preto je tento prístup taký zaujímavý. Plast sa nemá len rozdrobiť na neviditeľný odpad, ale rozložiť hlbšie, až na úroveň molekúl, z ktorých vznikol. Podľa autorov štúdie tak pri degradácii nevznikali mikroplastové častice, čo je pri podobných riešeniach jeden z najdôležitejších bodov.
Vedci spóry zmiešali s polykaprolaktónom, teda polymérom používaným napríklad pri 3D tlači alebo v niektorých medicínskych materiáloch. Výsledný živý plast mal mechanické vlastnosti podobné bežnému polykaprolaktónovému filmu, čo je dôležité, ak má mať takýto materiál niekedy praktické využitie.
Rozhodujúci moment prišiel až pri aktivácii. Keď vedci pridali živný roztok a materiál vystavili podmienkam s teplotou približne 50 stupňov Celzia, spóry sa „prebudili“ a baktérie začali produkovať rozkladné enzýmy. Celý proces trval len šesť dní, počas ktorých sa plast úplne rozložil na svoje základné stavebné jednotky.
V laboratóriu to fungovalo. Otázkou je, čo prinesie bežný život
Aby vedci ukázali praktický potenciál technológie, vytvorili aj funkčný prototyp. Presnejšie išlo o nositeľnú plastovú elektródu. Tá fungovala podľa očakávaní a po splnení svojej úlohy sa v priebehu dvoch týždňov úplne rozložila.
Výskum je však zatiaľ len na začiatku a netreba si ho mýliť s hotovým riešením plastovej krízy. Vedci pracovali s konkrétnym typom polyméru a rozklad spúšťali v presne nastavených podmienkach. Inými slovami, nejde o plast, ktorý by sa dnes dal hodiť do rieky a bezpečne by zmizol bez následkov.
Práve preto sa tím chce ďalej zamerať na to, ako aktivovať tieto „živé plasty“ aj vo vodnom prostredí, teda tam, kam sa dostáva veľká časť plastového odpadu. Zároveň veria, že podobný princíp by sa dal v budúcnosti aplikovať aj na ďalšie typy plastov, vrátane tých, ktoré sa používajú na jednorazové obaly. Ak by sa to podarilo, mohlo by ísť o dôležitý krok najmä pre obalové materiály, ktoré dnes používame krátko, no v prírode zostávajú neúmerne dlho.
Ak sa táto technológia raz dostane do bežnej praxe, mohla by zásadne zmeniť spôsob, akým o plastoch uvažujeme. Už by nešlo len o odolný materiál, ktorý po použití spôsobuje problém, ale o materiál s presne riadenou životnosťou. V ideálnom prípade by sa dal používať tam, kde je žiaduce, aby po splnení svojej úlohy rýchlo a kontrolovane zmizol. Otázne však zostáva, koľko by takýto plast stál, ako náročná by bola jeho výroba a či by zaň bol zákazník ochotný zaplatiť viac. Lebo pri plastoch, žiaľ, často nerozhoduje len ekológia, ale najmä cena.
