Posljednjih godina ljudi su sve svjesniji važnosti ekološkog okoliša i shvaćaju da se ekonomski razvoj ne može postići po cijenu ekološkog okoliša, jer je prirodno okruženje materijalna osnova za opstanak i razmnožavanje čovjeka te zaštitu a poboljšanje prirodnog okoliša preduvjet je opstanka i razvoja čovjeka.
Prema studiji objavljenoj u naučnim izvještajima 19. ožujka 2020., otvaranjem plastične ambalaže (poput čokoladnih plastičnih vrećica i boca) u svakodnevnom radu može se proizvesti mala količina sitnih plastičnih čestica dugačkih manje od 5 mm, odnosno mikro plastike.
Trenutno nisu jasna istraživanja o rizicima i mogućoj toksičnosti koju donose i kako ih ljudska bića apsorbuju, a naredna su istraživanja potrebna za ljudska bića.
Iz gornjih istraživanja svakodnevna plastika može donijeti mikro plastiku koja može biti štetna za zdravlje. Međutim, oko plastike postoji više polemika.
Danas ćemo govoriti o odnosu plastike i mikroorganizma, jednom od glavnih onečišćenja okoliša, i razgovarat ćemo o tome kako koristiti mikroorganizam za rješavanje problema plastičnog zagađenja. Nada se da će ovaj rad dati neku inspiraciju relevantnim industrijama i znanstvenim i tehnološkim praktičarima i podsjetiti čitatelje da obrate pažnju na zaštitu okoliša.
Prednosti i nedostaci plastike
U pedesetim godinama 20. stoljeća, s dolaskom "plastičnog doba", tehnologija građevine pretrpjela je ogromne promjene. Razvoj industrije fosilnih goriva donio je širok raspon plastike, od izolacijskih materijala do mehaničkih materijala do presvlaka, promijenili su se sve vrste materijala. Danas je plastika još uvijek sveprisutni dio svake građevinske komponente.
To nije samo arhitektura, ona je svugdje zapravo plastika. Plastiku možemo pronaći u odjeći koju nosimo, kućama u kojima živimo i automobilima u kojima se vozimo. Plastika se može naći i na televizoru koji gledamo, računarima koje koristimo i u alatu koji koristimo. Ljudi koriste plastične proizvode na raznim mjestima kako bi učinili život zgodnijim, sigurnijim i ugodnijim.
U stvari, sirovina plastike uglavnom dolazi od nafte ili prirodnog plina, što će uzrokovati mnoge probleme. Na primjer, resursi nafte su vrlo ograničeni. Na primjer, u procesu vađenja i rafiniranja nafte, vrlo lako se može uzrokovati zagađenje. Pored standardnog zagađenja uzrokovanog procesom rudarstva i rafiniranja, postoji potencijal za velike nesreće na ekološkoj šteti kao što je masovno izlijevanje nafte duž obale Zaljeva u 2010. godini.
S druge strane, otrovne hemikalije se oslobađaju tokom proizvodnje plastike. Mnogo štetnih hemikalija proizvest će se zajedno s proizvodnjom plastike, a potom će neizbježno ući i uništiti naš ekosustav kroz vodu, tlo i zrak. Mnoge od tih hemikalija su postojani organski zagađivači, jedan od najrazornijih toksina na zemlji.
Šta više, plastiku je teško razgraditi. Neke plastične vrećice i boce mogu proći stotine, hiljade, pa čak i milione godina bez razgradnje, jer većina mikroorganizama u prirodi ne koristi plastiku kao hranu, tako da je neće razgraditi.
Međutim, neki novi mikrobi otkriveni nedavno mogu nam pomoći u rješavanju ovog problema.
Nove bakterije pomažu plastici da se razgradi
Polistiren je ključna komponenta plastičnih proizvoda za jednokratnu upotrebu kao što su čaše za jednokratnu upotrebu, pribor za jelo, igračke i ambalažni materijali. Trenutno se proizvodnja i potrošnja polistirena u raznim industrijama eksponencijalno povećavaju, što predstavlja veliku prijetnju okolišu, a niska učinkovitost iskorištavanja otpada pogoršava ovaj problem.
Prema statističkim podacima Ujedinjenih naroda, u svijetu se godišnje proizvede oko 300 milijuna tona plastičnog otpada, od čega se otprilike oko 10% reciklira. Procjenjuje se da Indija troši oko 16,5 miliona tona plastike godišnje. AIPMA procjenjuje da industrija plastike proizvodi oko 14 milijuna tona polistirena, a svi su nerazgradljivi.
Nedavno je premijer Indije najavio da se do 2022. godine u Indiji više neće koristiti plastični proizvodi za jednokratnu upotrebu, na koje otpada petina dnevno plastičnih proizvoda, tako da će ova inicijativa biti od velikog značaja u Indiji.
Nedavno je, međutim, tim Richa priyadarshini sa sveučilišta SHIV nadar u Grand Noidi, Uttar Pradesh, Indija, otkrio dvije vrste "jestivih plastičnih" bakterija iz močvarnog područja u Grand Noidi, koje mogu pružiti ekološku alternativu za rješenje krize plastičnog zagađenja.
Dvije bakterije koje izolira tim su soj exiguobacterium dr11 i soj exiguobacterium undae dr14. Istraživanje pokazuje da imaju potencijal razgradnje polistirena.
"Naši podaci pokazuju činjenicu da ekstremofilne bakterije, exiguobacterium, mogu razgraditi polistiren i mogu se dalje koristiti za smanjenje zagađenja okoline uzrokovanih plastikom", rekao je priyadarshini
"Mokrišta su jedno od najraznolikijih staništa za mikroorganizme, ali su relativno neistražena", rekao je priyadarshini. Stoga su ovi ekosustavi idealno mjesto za izoliranje bakterija novim biotehnološkim primjenama. "
Polistiren ima visoku molekulsku masu i dugu lanac polimerne strukture, te ima dobre performanse protiv razgradnje. Zbog toga oni ustraju u okolini, pokazalo je istraživanje objavljeno u časopisu RSC.
Tim je utvrdio da su, kada su dvije izolirane bakterije došle u kontakt s plastikom (polistiren), koristile ga kao izvor ugljika i koristile ga za pravljenje biofilma. To mijenja fizikalna svojstva polistirena i pokreće prirodni proces razgradnje. Zatim, bakterije mogu uništiti polimerni lanac oslobađanjem hidrolaze.
Trenutno tim pokušava procijeniti metabolički proces ovih sojeva kako bi ih se koristilo u bioremedijaciji u okolišu.
"Dok smo radili znanstvena istraživanja na močvarnim površinama u kampusu, nehotice smo pronašli bakterije u 'jestivoj plastici'", rekao je rupamanjari Ghosh, potpredsjednik SHIV nadar univerziteta. Ovo je relativno idealno rješenje za zaustavljanje prirodne razgradnje plastike i za biorazgradnju. "
Priyadarshini je dodao: "Na početku smo samo istražili područje da bismo razumjeli bakterijske vrste na ovim područjima, ali smo na kraju izolirali mnoge bakterijske vrste s jedinstvenom upotrebom."
Naglasila je da se otkrivanjem novih sojeva s biorazgradljivošću plastike mogu otkriti i novi enzimi i potencijalni metabolički putevi, što će pridonijeti budućoj bioremedijaciji.
Istraživači ističu da obje bakterije mogu graditi biofilmove na površini polistirena. Biofilm je skup bakterijskih ćelija, u obliku zajednice za agregaciju, koja postiže vrlo visoku gustinu ćelija, što dovodi do enzima koji razgrađuju polimere i igraju jaču ulogu.
Priyadarshini je rekao: "polistiren je teško razgraditi. Prije biorazgradnje potreban je neki oblik prethodne obrade, poput kemijske, termičke i fotooksidacije."
Dr11 i dr14 ne mogu samo formirati biofilm na netretiranom polistirenu, već i razgraditi nemodificiranu plastiku.
Priyadarshini je rekao i: "posljednjih godina ovisnost ljudi o plastičnim proizvodima je uvelike porasla, što je dovelo do velike količine akumulacije plastike u okolišu i ima negativan utjecaj na ekosustav. Zato su ljudima potrebni održivi načini razgradnje plastike. "
Osim što pokušavaju razgraditi plastiku, mnogi ljudi traže nove materijale koji mogu zamijeniti plastiku i degradirati ih.
S lijeva na desno: Anne Schauer Gimenez, Allison pieja i Molly Morse od materijala za mango. Pored njih je rezervoar za fermentaciju biopolimera u postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda u blizini zaljeva San Francisco, koji bakterijama pruža metan potreban za proizvodnju bioplastike. Izvor fotografije: Chris Joyce / NPR
Biopolimeri za zamjenu plastike
Startap u Silicijskoj dolini pokušava izvući plastiku iz odjeće, a zatim dodati nešto drugo, biorazgradiv polimer koji zamjenjuje plastiku.
Polimer je molekula dugog lanca sastavljena od mnogih istih jedinica. Ova vrsta materijala je često trajnija i elastičnija. Plastika je polimer napravljen od naftnih derivata. Međutim, u prirodi se često pojavljuju biopolimeri poput celuloze u drvu ili svilenih svilenih glista. Oni se od plastike razlikuju po tome što se mogu razgraditi u prirodne tvari.
Molly Morse se nada da će napraviti biopolimere koji mogu zamijeniti neke plastike. Ona vodi malu kompaniju koja se zove mango Materials. Mango je njeno omiljeno voće. Nada se da će ime njene kompanije zvučati drugačije od ostalih tehnoloških kompanija u tim zalivima.
"Nismo tipični startup Silicijske doline, proizvodimo polimere na postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda. Nismo gomila ljudi koji kodiraju u garaži", rekao je Morse
Pa, kako ona proizvodi bioplastiku u postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda?
Morse je rekla da je to počelo još u osnovnoj školi. Otišla je u akvarijum i naišla na izložbu, simulaciju plastičnog smeća koja pliva u okeanu.
Podsjetila je: "Postoji super ogromna riba poput strukture s školjkastim školjkama, baš kao i McDonalds penasta plastika. Bila sam iznenađena, potpuno uplašena. Ova izložba mi je promijenila život. Mislim da je smiješno. Želim to promijeniti."
Kao rezultat toga, Morse je slijedio svoj san i stekao doktorat. inženjerke zaštite okoliša sa Univerziteta Stanford. Na naučnoj konferenciji 2006. godine upoznala je drugu mladu inženjerku, Anne Schauer Gimenez. "Mislim da nećemo početi da pričamo o tome kako to da uradimo do oko 4 sata ujutro," rekao je Schauer - Gimenez
Postupak je upotreba bakterija za pravljenje biopolimera.
Neke bakterije su u stanju da se hrane metanom i stvaraju vlastite biopolimere, posebno ako ih dobro hranite, one će proizvesti i akumulirati više biopolimera. "Ako dobijemo masnoću ako jedemo previše sladoleda ili čokolade, tada će se masnoća u našim tijelima nakupljati, pa će se razviti i bakterije", objašnjava Morse
Da bi napravili biopolimere, bakterijama je potrebno puno hrane. Zbog toga su mango materijali izgradili mjesto u postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda koje se zove Čista voda Silicijske doline u Redwoodu u Kaliforniji, u blizini zaljeva San Francisco. Kompaniju podržavaju institucije kao što je Nacionalna fondacija za nauku.
Nečistoće u kanalizaciji ili barem metan iz kanalizacije su bakterijska hrana. Postrojenja za obradu obično spaljuju metan ili ga ispuštaju direktno u zrak. Metan je snažan staklenički plin, kad se ispušta u atmosferu, izazvat će globalno zagrijavanje. Materijali manga ga hrane bakterijama.
Taj je postupak završen u fermentacijskom spremniku, koji je pored velikog čeličnog spremnika napunjenog kanalizacijom. Mango inženjer Allison pieja pokazao je svoj izum: izgleda kao velika bačva za pivo s cjevčicom u sebi, poput kapi u veni. "Ovde se događaju čuda", rekla je ona
"Stalno dodajemo metan i kisik u fermentor i ubacivamo svoj 'tajni umak' u fermentor prema načinu na koji bakterije rastu", rekla je Allison pieja, mikrobiologinja iz manga
„Tajni umak“ je dodatak koji je razvio tim za održavanje ovog procesa.
Naposljetku, kada su se bakterije tovile, tim je otvorio fermentor za dobivanje biopolimera. Suše ga i pretvaraju ga u kuglu.
Do sada su zainteresiranim kompanijama isporučili gotovo 2000 funti biopolimera. Njihovo glavno ciljno tržište je tekstil, iako kažu da se biopolimeri mogu koristiti i za pakiranje.
Ovi biopolimeri mogu se koristiti za proizvodnju živopisnih svilenih niti koje izgledaju i osjećaju se kao "plastika" poput vlakana od poliestera. Nada se da će ovaj biopolimer biti utkan u odjeću koja će zamijeniti plastiku u tekstilu.
Rukav odjeća izrađena od biopolimera. Mango tim sarađuje sa nekoliko kompanija kako bi testirao učinkovitost svojih biopolimera na tekstilu. Kreditna slika: Chris Joyce / NPR
Nedostaci biopolimera
Schauer-Gimenez je rekla da će takva odjeća biti razgradljiva, što je ljude uplašilo: "O, moj Bože, planiraš da napraviš kupaći kostim sa svojim materijalima? Idem u ocean, to će me biorazgraditi Tijelo!", Rekao sam: "Ne, ne, nije tako. ""
Da bi se razgradili, biopolimerima treba odgovarajuća temperatura i odgovarajuće bakterije da bi ih probavili, a proces razgradnje zahtijeva kontinuirano izlaganje tjednima ili mjesecima. Morse priznaje da će trajati i duže ako uslovi ne budu primjereni, poput suhe pustinje Arizone ili oceanskog dna.
To je dosad nedostatak biopolimera i neka biorazgradnja nije tako brza kao što su obećali.
John Weinstein, profesor biologije na Sveučilištu Castle u Južnoj Karolini, stavio je vreće od kukuruznog polimera u močvarna područja i utvrdio da one razpadaju sporije od običnih plastičnih vrećica. "Stvorili ste novi materijal, ali kako se to raspadalo? Iznenađen sam", rekao je on o bioplastici.
„Sve se odnosi na okolinske uvjete“, rekao je Ramani Narayan, hemijski inženjer i stručnjak za bioplastiku sa Michigan State University. "Što je dulje biorazgradnja, duže će otpad postojati. Tokom tog razdoblja, to će imati ozbiljan negativan utjecaj na okoliš. Uticaj, to je nešto što treba pažljivo razmotriti."
Tim kompanije Mango Materials kaže da je njihov materijal biopolimer u obliku polihidroksialkanoata ili PHA. Za razliku od većine biopolimera, nije potrebno recikliranje. Pod odgovarajućim uslovima, biće spreman za mesec ili dva. Može se razgraditi biološkim. Njihovi proizvodi trenutno prolaze nezavisna testiranja kako bi to potvrdili.
Morse priznaje da je potrebno još mnogo posla da se utre put biopolimerima. Ona je apelirala na ljude da koriste manje plastike i ponovo koriste predmete, umjesto da ih bacaju. Ali ona slijedi svoj djetinjski san - pronaći nešto bolje od plastike.
"To nećemo učiniti ako nismo uvjereni da je to rješenje ogromnog globalnog problema."
Zagađenje plastikom: kako to riješiti?
Trenutno je plastika još uvijek neophodna u našem životu, ali zbog sporog razgradnje dovela je do niza zagađenja okoliša. Da bismo riješili taj problem, moramo biti u stanju da recikliramo plastiku u svom životu.
Drugo, s razvojem nauke i tehnologije ljudi mogu pronaći načine za smanjenje zagađenja ili proizvoditi nove biomaterijal umjesto plastike iz mikroorganizama u prirodi.
Bez obzira na to, važno je voditi okoliš i ljudski razvoj.
