Miljontals ton plast slängs varje dag, och för mycket av det finns det få alternativ för konventionell återvinning. Men det materialet kan snart hitta en ny och fördelaktig användning tack vare att mikrober utnyttjas av forskare vid Montana State University.

I en nyligen genomförd studie, forskare vid MSU:s Norm Asbjornson College of Engineering fann att plast som behandlats med vissa bakterier kunde läggas till betong i betydande mängder utan att kompromissa med konstruktionsmaterialets styrka. Studien publicerades i tidskriften Material .

"Det här är riktigt spännande, " sa studiens medförfattare Cecily Ryan, biträdande professor vid institutionen för maskin- och industriteknik. "Dessa initiala resultat är mycket uppmuntrande när vi överväger potentiella tillämpningar."

Vanligtvis, tillsats av plast eller annat fyllmaterial stör blandningen av sand, ballast och cement som ger betong – världens mest använda byggmaterial – dess förmåga att binda samman och bära tunga belastningar. Men MSU -teamet fann att genom att använda bakterier för att belägga plasten med ett tunt mineralskikt så kunde den bindas bättre med cementet. Betongprover innehållande upp till 5 % av den bakteriebehandlade plasten hade praktiskt taget samma hållfasthet som traditionell betong, enligt studien.

"De 5% är verkligen en stor ökning från vad som har varit tillåtet hittills, " sa Chelsea Heveran, biträdande professor i maskin- och industriteknik. "Vi blev förvånade över hur stor effekt det hade."

Eftersom betong används så brett och i så stora volymer, att ersätta till och med 5 % av det kan resultera i massiv återanvändning av plast, Heveran noterade. Och eftersom betong är så energikrävande att tillverka, plastfyllmedlet kan avsevärt minska koldioxidutsläppen, Hon sa. Enligt U.S. Environmental Protection Agency, betongproduktion är en av landets största industriella källor till den klimatförändrande gasen.

I MSU:s Center for Biofilm Engineering, forskarna sänkte ned plasten i en vattenbaserad lösning innehållande de ofarliga bakterierna Sporosarcina pasteurii, som växer på ytor för att bilda vad som kallas biofilm. Mikroberna, lämnas i lösningen i 24-48 timmar, konsumerat tillsatt kalcium och urea-ett kvävebaserat ämne som ofta används i gödningsmedel-för att ge plasten en tunn, vit beläggning av kalcit, det hårda mineral som utgör kalksten. Plasten blandades sedan till små betongcylindrar som krossades med specialutrustning för att mäta deras styrka.

Även om forskarna började med sönderskuren plast nr 1 som vanligtvis finns i engångsvattenflaskor, efter initial framgång uppnådde de ett liknande resultat med en blandning av nr. 3-7 plast, som används i en mängd olika behållare men inte accepteras på de flesta återvinningsanläggningar.

"Det är verkligen spännande att vi fick det här resultatet med blandningen av plaster som vanligtvis inte är återvinningsbara, sa Adrienne Phillips, docent vid Institutionen för samhällsbyggnad, som har använt samma mineralbildande bakterier för att försegla små, svåråtkomliga sprickor djupt under jord i oljebrunnar och gasbrunnar.

Nästa steg är att studera materialets långsiktiga hållbarhet samt hur processen skulle kunna skalas upp så att materialet kunde tillverkas i användbara kvantiteter, sa Phillips. Forskarna har samarbetat med Frank Kerins, docent vid Jake Jabs College of Business and Entrepreneurship, att börja utforska kommersiella applikationer.

Studien kom fram ur forskning under sommaren 2019 där två gymnasielärare, Kendra Lunday från Capital High School i Helena och Hakan Armagan från Omaha, Nebraska, besökte MSU genom programmet National Science Foundation's Research Experience for Teachers. Duon testade en mängd olika betongfyllnadsmaterial, inklusive halm och annan jordbruksbiomassa.

Armagan och Lunday var viktiga bidragsgivare till studien, som också var "hårt driven av begåvade studenter, " sa Heveran. Förutom de två gymnasielärarna, medförfattare till uppsatsen inkluderar McNair Scholar Michael Espinal, en senior huvudämne i maskinteknik; ingenjörsdoktorand Seth Kane; och Abby Thane, labbchef i Centrum för Biofilmteknik.

"Vad är så häftigt med det här projektet, "Heveran sa, "är att vi använder mikroorganismer för att göra bara en liten förändring av ett vanligt material, men det kan ha en stor samhällsnytta. "