Biotworzywa mogą w przyszłości zastąpić tworzywa sztuczne, które obecnie są trudne do wyeliminowania. Polscy naukowcy pracują obecnie nad nowoczesnymi technologiami biodegradowalnych materiałów, które mogą pomóc w walce z zanieczyszczeniem plastikiem. Jednak na ten moment są to kosztowne alternatywy.

Tworzywa sztuczne zaczęły być powszechnie używane w okolicach 1950 r., kiedy ich produkcja wynosiła ok. 2 mln t. Wraz ze wzrostem konsumpcji, handlu i większymi wymaganiami dotyczącymi przechowywania żywności oczy materiałów budowlanych ich produkcja znacznie wzrosła i w 2024 r. osiągnęła poziom 400 mln t. – W związku z produkowaniem na masową skalę tworzyw sztucznych, choć stosujemy recykling materiałów i staramy się je odzyskiwać, to zagrożenie jest dość wysokie. Rozwiązania ekologiczne są obecnie dość kosztowne w porównaniu do rozwiązań klasycznych polimerowych, niemniej jednak rozwój materiałów biodegradowalnych jest bardzo ważny. Jeżeli z 400 mln t tworzyw sztucznych rocznie 75% trafia do środowiska, to w najbliższym czasie przy takim tempie wzrostu liczby ludności będzie bardzo duży problem, żeby ten plastik później zagospodarować – ostrzega Brian Kaczmarczyk z Sekcji Biomateriałów Grupy Badawczej Technologii Polimerów w Łukasiewiczu – Instytucie Chemii Przemysłowej.

Większość tworzyw sztucznych rozkłada się przez setki, a nawet tysiąc lat, a mikroplastik, czyli drobne fragmenty tych materiałów, zanieczyszcza już niemal wszystkie środowiska. Dane Międzynarodowej Unii Ochrony Przyrody pokazują, że głównymi źródłami mikroplastiku są tekstylia syntetyczne (35%), opony samochodowe (28%) i kurz miejski (24%). Jednocześnie tworzywa sztuczne są nieocenione w wielu dziedzinach życia ze względu na swoją trwałość, odporność, plastyczność i niski koszt produkcji. Naukowcy z z Łukasiewicza – IChP pracują nad innowacyjnymi rozwiązaniami, takimi jak biotworzywa, które mogą stanowić alternatywę. Ich biodegradowalność, czyli zdolność do rozkładu na proste, nieszkodliwe związki (dwutlenek węgla, woda, biomasa) dzięki działaniu mikroorganizmów stanowi klucz do redukcji zanieczyszczenia plastikiem. Szczególnym przypadkiem biodegradacji jest kompostowalność umożliwiająca rozkład materiału w kontrolowanych warunkach, co prowadzi do wzbogacenia gleby w składniki odżywcze bez jej zanieczyszczenia. Brian Kaczmarczyk podkreśla, że materiały biodegradowalne coraz częściej znajdują zastosowanie jako alternatywy dla polimerów pozyskiwanych z paliw kopalnych. – Materiały opracowane m.in. w naszej grupie są dobrą alternatywą, ponieważ mają podobne właściwości do polipropylenu lub polietylenu, jednocześnie będąc biodegradowalnymi. Na przykładzie alkoholu poliwinylowego i chitozanu udało nam się opracować materiały, które mogą być zastosowane do opakowań spożywczych, również na szeroką skalę, co też przedstawia poziom aplikacyjny naszych rozwiązań na poziomie TRL 4, które dostały już zgłoszenia patentowe – wskazuje ekspert.

Alkohol poliwinylowy pozyskiwany z paliw kopalnych wykazuje zdolność do biodegradacji. Jego specyficzne cechy, takie jak przezroczystość, elastyczność i rozpuszczalność w wodzie, otwierają drogę do jego zastosowania jako ekologicznej alternatywy dla polietylenu. Równocześnie chitozan – naturalny polimer pozyskiwany z chityny – oferuje zarówno biodegradowalność, jak i właściwości przeciwbakteryjne. Zastosowanie odpowiednich plastyfikatorów w obu polimerach pozwala na otrzymanie elastycznych materiałów, które nadają się do przechowywania żywności oraz wykazują właściwości przeciwdziałające rozwojowi pleśni. – Z reguły większość rozwiązań opierających się na biomateriałach jest jednak w obecnych czasach bardziej kosztowna niż tradycyjne tworzywa z materiałów polimerowych z uwagi na konieczne zastosowanie odpowiednich plastyfikatorów, które byłyby biodegradowalne, i innych mieszanek, które jednak muszą spełniać bardzo ścisłe i restrykcyjne normy, żeby mogły się nazywać biodegradowalnymi – tłumaczy Brian Kaczmarczyk.

Naukowcy z instytutu niedawno opracowali i opatentowali poli-3-hydroksymaślan, innowacyjny biopolimer z grupy PHA. Ten ekologiczny materiał jest wytwarzany z wykorzystaniem zmodyfikowanych genetycznie bakterii Escherichia coli. Mikroorganizmy, żywiąc się odpadami poprodukcyjnymi, takimi jak cukier z melasy, produkują wewnątrz swoich komórek polimer. Następnie po procesie uwalniania, ekstrakcji i oczyszczania jest on przygotowywany do użycia jako ekologiczna alternatywa dla tradycyjnych tworzyw sztucznych z możliwością późniejszego recyklingu. Twórcy podkreślają wszechstronność tego rozwiązania, które może znaleźć zastosowanie w przemyśle, rolnictwie, farmacji i kosmetologii. W medycynie np. P3HB umożliwia tworzenie leków o spowolnionym uwalnianiu substancji czynnej.

fot. freepik.com
oprac. /kp/