Биоразложение — это процесс, в ходе которого микробы расщепляют полимеры на более простые молекулы. Для этого требуется, чтобы полимер содержал химические связи, физически доступные ферментам, вырабатываемым микробами разлагающим пластик, и чтобы эти микробы могли поглощать вещества, высвобождающиеся при распаде полимера. Примечание: все пластмассы являются полимерами, но не все полимеры являются пластмассами.
Учитывая, что пластмассы получают из нефти, а нефть — из водорослей (в конце концов, это всего лишь масло ископаемых водорослей), ученые приступили к производству пластмасс непосредственно из масла водорослей. Полученный полимер на основе водорослей, названный TPU-FC1, был использован для создания первой в мире биоразлагаемой обуви.
В текущем исследовании ученые использовали ленточную шлифовальную машину, оснащенную наждачной бумагой с зернистостью 80 для получения микропластика из различных материалов, включая TPU-FC1. Для предотвращения перекрестного загрязнения каждого материала использовались разные ленточные шлифовальные машины. Они использовали разные меры для проверки того, переваривают ли микробы микропластик.
Сначала микропластики были помещены в компост, который естественным образом содержит микробы, в тех же условиях, что и в домашнем компосте. Через 90 дней исследование образцов компоста показало снижение содержания микрочастиц TPU-FC1 на 68%, в то время как количество микрочастиц EVA практически не изменилось. Этиленвинилацетат (EVA) представляет собой сополимер этилена и винилацетата. Через 200 дней количество частиц микропластика в образце TPU-FC1 в целом снизилось на 97% по сравнению с исходным количеством (количество EVA не изменилось).
Параллельный набор образцов с идентичными микропластиками и компостом использовался для отслеживания уровней диоксида углерода (CO2), измеренных с помощью респирометра. Когда микробы расщепляют компост, они выделяют газ. Образцы, содержащие только целлюлозу, служили внутренним контролем для мониторинга фоновой «эволюции CO2», измерения микробной активности в компосте. Выделение целлюлозы достигло 75% CO2 в течение 45 дней, что указывает на то, что компост был достаточно активным. Как и ожидалось для бионеразлагаемого материала, в микрочастицах EVA в течение 200-дневного эксперимента не наблюдалось выделения CO2. Микропластики TPU-FC1 продемонстрировали значительное биологическое разложение, достигнув 76% выделения CO2 через 200 дней. Таким образом, респирометрия подтвердила способность TPU-FC1 к биологическому разложению и продемонстрировала, что одним из результатов этого биологического разложения было превращение углерода из микропластика в CO2.
Поскольку пластик не растворяется в воде и плавает, его можно легко добыть с поверхности воды, поэтому команда ученых протестировала микропластики, добавив их в воду. С интервалом в 90 и 200 дней было извлечено почти 100% микропластика EVA, что означает, что он не подвергся биологическому разложению. Напротив, через 90 дней было извлечено только 32% микрочастиц TPU-FC1, а через 200 дней — только 3%. То есть, 97% подверглись биологическому разложению.
Химический анализ пластика на основе водорослей выявил присутствие мономеров, использованных для изготовления пластика, что указывает на то, что полимер был расщеплен до исходного растительного сырья. Дальнейший анализ выявил бактерии, способные использовать TPU-FC1 в качестве источника углерода, и подтвердил, что они способны его расщеплять.
Источник: Scientific Reports
