Bionedbrytbara flip-flops av kommersiell kvalitet. Upphovsman:Stephen Mayfield, UC San Diego.
Som världens mest populära sko, flip-flops står för en oroande andel plastavfall som hamnar på deponier, på stränderna och i våra hav. Forskare vid University of California San Diego har ägnat år åt att lösa detta problem, och nu har de tagit ett steg längre mot att uppnå detta uppdrag.
Håller fast vid sin kemi, forskarlaget formulerade polyuretanskum, tillverkad av algolja, för att uppfylla kommersiella specifikationer för mellansula skor och flip-flops fotbädd. Resultaten av deras studie publiceras i Bioresource Technology Reports och beskriv teamets framgångsrika utveckling av dessa hållbara, konsumentklara och biologiskt nedbrytbara material.
Forskningen var ett samarbete mellan UC San Diego och startföretaget Algenesis Materials - ett materialvetenskapligt och teknikföretag. Projektet leddes av doktoranden Natasha Gunawan från professorerna Michael Burkart (avdelningen för fysiska vetenskaper) och Stephen Mayfield (avdelningen för biologiska vetenskaper), och av Marissa Tessman från Algenesis. Det är den senaste i en serie av senaste forskningspublikationer som tillsammans, enligt Burkart, erbjuda en komplett lösning på plastproblemet - åtminstone för polyuretaner.
"Papperet visar att vi har skum av kommersiell kvalitet som bryts ned i naturen, "sa Mayfield." Efter hundratals formuleringar, vi uppnådde äntligen en som uppfyllde kommersiella specifikationer. Dessa skum är 52 procent bioinnehåll - så småningom kommer vi till 100 procent. ”
Bionedbrytning av PU -kuber över 12 veckor. Nedbrytning analyserades genom A) Förändring i utseende, B) Kubmassa och C) Maximal kraft vid 50% kompressionskraftsböjning (CFD). Felstaplar indikerar provstandardavvikelser för triplikatmätningarna. För kompost och förlust av jordmassa, p <0,01 och för kompost och jord -CFD, p <0,01 (tabell 2 i publicerat papper). Upphovsman:Stephen Mayfield, UC San Diego
Förutom att ta fram rätt formulering för skum av kommersiell kvalitet, forskarna arbetade med Algenesis för att inte bara göra skorna, men att försämra dem också. Mayfield noterade att forskare har visat att kommersiella produkter som polyestrar, bioplast (PLA) och fossilbränsleplast (PET) kan biologiskt nedbrytas, men bara i samband med laboratorietester eller industriell kompostering.
"Vi utvecklade polyuretaner med biobaserade monomerer från grunden för att möta de höga materialspecifikationerna för skor, samtidigt som kemin är lämplig, i teorin, så skorna skulle kunna biologiskt nedbrytas, "Förklarade Mayfield.
Testa sina skräddarsydda skum genom att sänka ner dem i traditionell kompost och jord, teamet upptäckte att materialet förstördes efter bara 16 veckor. Under sönderdelningsperioden, att ta hänsyn till eventuell toxicitet, forskarna, ledd av UC San Diego's Skip Pomeroy, mätte varje molekyl som kastades från de biologiskt nedbrytbara materialen. De identifierade också de organismer som nedbrytde skummen.
"Vi tog enzymerna från organismerna som bryter ned skummet och visade att vi kunde använda dem för att depolymerisera dessa polyuretanprodukter, och identifierade sedan de mellanliggande stegen som sker i processen, "sa Mayfield, lägga till, "Vi visade sedan att vi kunde isolera de depolymeriserade produkterna och använda dem för att syntetisera nya polyuretanmonomerer, slutföra en "bioloop". "
Fotbädd av flip-flops som dras från en form. Upphovsman:Stephen Mayfield, UC San Diego.
Denna fulla återvinningsbarhet av kommersiella produkter är nästa steg i vetenskapsmannens pågående uppdrag att ta itu med de nuvarande produktions- och avfallshanteringsproblemen vi står inför med plast - som om inte åtgärdas, kommer att resultera i 96 miljarder ton plast på deponier eller i den naturliga miljön år 2050. Enligt Pomeroy, denna miljövänliga praxis började för cirka 60 år sedan med utvecklingen av plast.
"Om du kunde vrida tillbaka klockan och föreställa dig hur du skulle kunna göra petroleumpolymerindustrin, skulle du göra det samma idag som vi gjorde det för flera år sedan? Det finns ett gäng plast som flyter i varje hav på den här planeten som föreslår att vi inte borde ha gjort det på det sättet, "noterade Pomeroy.
Medan kommersiellt på spår för produktion, att göra det ekonomiskt är en skalfråga som forskarna arbetar med sina tillverkningspartners.
"Folk kommer runt med plastföroreningar i havet och börjar kräva produkter som kan hantera det som har blivit en miljökatastrof, "sa Tom Cooke, president för Algenesis. "Vi råkar vara på rätt plats vid rätt tidpunkt."
IMS för kompostbaserade organismer som växer på PUM9 filmagarplattor. A) Photograph of the culture growth one week after incubation, with scale bar for all images. B–F) Mass distributions indicating location and relative intensity of the given m/z value and its molecular association. G) Relative intensity scale for B–F. See Supplementary Data for evidence of molecular assignments. Credit:Stephen Mayfield, UC San Diego.
The team's efforts are also manifested in the establishment of the Center for Renewable Materials at UC San Diego. Begun by Burkart, Mayfield, Pomeroy and their co-founders Brian Palenik (Scripps Institution of Oceanography) and Larissa Podust (Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences), the center focuses on three major goals:the development of renewable and sustainable monomers made from algae and other biological sources; their formulation into polymers for diverse applications, the creation of synthetic biology platforms for the production of monomers and crosslinking components; and the development and understanding of biodegradation of renewable polymers.
"The life of material should be proportional to the life of the product, " said Mayfield. "We don't need material that sits around for 500 years on a product that you will only use for a year or two."
