Учени разработиха биопластмаса от царевичен протеин, която се разгражда за 4 седмици
Изследователи от Вагенинген (Нидерландия), заедно с колеги от Амстердам и Китай, са разработили нова биопластмаса на растителна основа, която се разгражда естествено в природата, като същевременно е по-здрава и по-устойчива на вода в сравнение с досегашните биопластмаси. Откритията са публикувани в списанието „Nature Communications“.
Вдъхновение от паяжината
Производството на пластмаса от растения не е новост, но съчетаването на здравина, водоустойчивост и способността за биологично разграждане се оказва изключително трудно постижимо. Нидерландско-китайският екип е решил тази задача с материал, наречен „плантимери“ — прозрачно фолио с дебелина, сравнима с тази на торби за тежки отпадъци.
При разработването на материала изследователите са се вдъхновили от начина, по който паяците изплитат своите мрежи от тънки нишки. Основната суровина е зеин — протеин, добиван от царевица, използван от десетилетия за производство на влакна и биопластмаси.
Как се произвежда материалът
Изследователският екип разтваря протеина в смес от етанол и вода и го довежда до т.нар. преходна точка, при която се образува гъста, вискозна протеинова фаза. Докторантът Иджие Уанг след това екструдира материала през малък отвор и го разточва на тънки листове, след което го оставя да изсъхне — така се получават както влакна за текстил, така и пластмасово фолио.
„Най-забележителното нещо се случва по време на обработката“, казва Ренко де Врийс, доцент по физична химия и мека материя. Механичните сили при екструдирането или разточването променят структурата на протеиновите вериги — от пружиноподобни форми (алфа-спирали) те се превръщат в плоски структури (бета-листи), които се преплитат и образуват кръстосани връзки без никакви химически добавки. Резултатът е пластмаса, по-здрава от широко разпространения полиетилен (PE), и малко по-малко здрава от метала.
„Природата използва същата стратегия доста често“, казва Де Врийс. „Паяжината е най-известният пример, но подобни протеинови мрежи придават здравина и на лепилото на мидите, и на зъбците в прилепващите дискове на калмарите. Познавахме този механизъм само при животните. Не очаквах да постигнем същия ефект с растителен протеин.“
Водоустойчивост и биоразградимост
Едно от основните предизвикателства при биопластмасите е постигането на добра водоустойчива бариера при запазване на функционалността. „Плантимерите“ абсорбират 25% от собственото си тегло след един час под вода — значително по-малко в сравнение с пластмасите на соева основа, при които тази стойност достига около 175%. Конвенционалният PET все още се представя по-добре, поглъщайки не повече от 0,1%.
По-голямата част от материала се разгражда биологично в рамките на четири седмици, без да оставя микропластмаси в природата. Де Врийс вижда перспективи именно в селското стопанство, където биоразградимостта нерядко е по-важна от максималната производителност.
Ваутер Пост, изследовател от Университета в Утрехт и специалист по технологии за устойчиви пластмаси, който не е участвал в проучването, посочва и по-широко приложение: „Тъй като тези пластмаси се разграждат биологично, те биха могли да се превърнат в интересна алтернатива за продукти за еднократна употреба като прибори за хранене, чинии и сламки, където европейските регламенти стават все по-строги през последните години.“
Предизвикателства пред мащабирането
Материалът все още е в ранен етап на развитие. Към момента китайските изследователи са произвели около един квадратен метър фолио. Мащабирането на производството изглежда технически осъществимо, но набавянето на царевичен протеин остава предизвикателство. „Протеините са ценни и се конкурират с хранителните продукти и фуражите“, признава Де Врийс.
Затова екипът вече проучва алтернативни суровини — пера от сектора на домашните птици и отпадъчни потоци от производството на бира. Пост добавя, че ще са необходими допълнителни приложни изследвания, преди материалът и производственият процес да се превърнат в реални опаковъчни продукти.
„В сравнение с традиционните пластмаси биопластмасите все още са относително примитивни“, казва Де Врийс. „Но ние не искаме пластмасовите отпадъци да се натрупват в природата. Биопластмасите, които се разграждат естествено, предлагат обещаващо решение. Просто ще отнеме време и ще са необходими по-нататъшни изследвания.“
