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 reprodukciju ljudi te zaštitu poboljšanje prirodnog okoliša preduvjet je opstanka i razvoja čovjeka.
Prema studiji objavljenoj u znanstvenim izvješćima 19. ožujka 2020., otvaranjem plastične ambalaže (poput čokoladnih plastičnih vrećica i boca) u svakodnevnom radu može se proizvesti mala količina sitnih plastičnih čestica duljih od 5 mm, odnosno mikro plastike.
Trenutno, istraživanje nije jasno o rizicima i mogućoj toksičnosti koju donose i kako ih ljudska bića apsorbiraju, a sljedeća 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 onečišćenja. 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 pedesetima, s dolaskom "plastičnog doba", tehnologija gradnje pretrpjela je ogromne promjene. Razvoj industrije fosilnih goriva donio je širok raspon plastike, od izolacijskih materijala do mehaničkih materijala do premaza, promijenili su se sve vrste materijala. Danas je plastika još uvijek sveprisutni dio svake građevinske komponente.
To nije samo arhitektura, već 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, računalima koja koristimo i u alatima koje koristimo. Ljudi koriste plastične proizvode na raznim mjestima kako bi učinili život zgodnijim, sigurnijim i ugodnijim.
Ali 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 je lako prouzročiti onečišćenje. Pored standardnog zagađenja uzrokovanog postupkom rudarstva i rafiniranja, postoji potencijal za velike nesreće na ekološkoj šteti, poput masovnog izlijevanja nafte duž obale Zaljeva u 2010. godini.
S druge strane, toksične kemikalije se oslobađaju tijekom proizvodnje plastike. Uz proizvodnju plastike stvorit će se puno štetnih kemikalija, a tada će neizbježno ući i uništiti naš ekosustav kroz vodu, zemlju i zrak. Mnoge od tih kemikalija su postojani organski zagađivači, jedan od najrazornijih toksina na zemlji.
Štoviše, plastiku je teško razgraditi. Neke plastične vrećice i boce mogu proći stotine, tisuće, pa čak i milijune godina bez degradacije, jer većina mikroorganizama u prirodi ne koristi plastiku kao hranu, pa 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, poput čaša za jednokratnu upotrebu, posuđa, igračaka i ambalažnog materijala. 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 statistikama Ujedinjenih naroda, u svijetu se godišnje proizvede oko 300 milijuna tona plastičnog otpada, od čega se samo oko 10% reciklira. Procjenjuje se da Indija troši oko 16,5 milijuna tona plastike godišnje. AIPMA procjenjuje da industrija plastike proizvodi oko 14 milijuna tona polistirena, a svi su nerazgradljivi.
Nedavno je indijski premijer najavio da se do 2022. godine u Indiji više neće koristiti plastični proizvodi za jednokratnu upotrebu, na što otpada petina dnevnih plastičnih proizvoda, pa 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 onečišćenja okoliša 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 djelotvorne učinke. Zbog toga ustraju u okolini, pokazalo je istraživanje objavljeno u časopisu RSC.
Tim je otkrio da su dvije izolirane bakterije došle u dodir s plastikom (polistiren) i koristile ih kao izvor ugljika te su ih iskoristile za izradu 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.
"Kad smo radili znanstvena istraživanja na močvarnim površinama u kampusu, nehotice smo pronašli bakterije u" jestivoj plastici "," rekao je rupamanjari Ghosh, potpredsjednik Sveučilišta SHIV nadar. Ovo je relativno idealno rješenje za zaustavljanje prirodne razgradnje plastike i za biorazgradnju. "
Priyadarshini je dodao: "Isprva smo samo istražili područje da bismo razumjeli bakterijske vrste na tim područjima, ali smo na kraju izolirali mnoge bakterijske vrste s jedinstvenom uporabom."
Naglasila je da će se otkrivanjem novih sojeva s biorazgradljivošću plastike moći otkriti i novi enzimi i potencijalni metabolički putevi koji će pridonijeti budućoj bioremedijaciji.
Istraživači ističu da obje bakterije mogu graditi biofilmove na površini polistirena. Biofilm je skup bakterijskih stanica, u obliku zajednice za agregaciju, koja postiže vrlo visoku gustoću stanica, što dovodi do toga da enzimi koji razgrađuju polimere 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 tvoriti biofilm na netretiranom polistirenu, već i razgraditi nemodificiranu plastiku.
Priyadarshini je također rekao: "posljednjih godina ovisnost ljudi o plastičnim proizvodima znatno se povećala, što je dovelo do velike količine akumulacije plastike u okolišu i ima negativan utjecaj na ekosustav. Stoga su ljudima potrebni održivi načini razgradnje plastike. "
Osim što pokušavaju razgraditi plastiku, mnogi ljudi traže nove materijale koji mogu zamijeniti plastiku i razgraditi ih.
S lijeva na desno: Anne Schauer Gimenez, Allison pieja i Molly Morse od materijala za mango. Pored njih je cisterna za fermentaciju biopolimera u postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda u blizini zaljeva San Francisco, koja bakterijama pruža metan potreban za proizvodnju bioplastike. Izvor fotografija: Chris Joyce / NPR
Biopolimeri koji zamjenjuju plastiku
Startap u Silicijskoj dolini pokušava izvaditi plastiku iz odjeće, a zatim dodati nešto drugo, biorazgradivi polimer koji zamjenjuje plastiku.
Polimer je molekula dugog lanca sastavljena od mnogih istih jedinica. Ova vrsta materijala često je 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. Vodi malu tvrtku koja se zove mango Materials. Mango joj je najdraže voće. Nada se da će ime njezine tvrtke zvučati drugačije od ostalih tehnoloških tvrtki na području zaljeva.
"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 izrađuje bioplastiku u postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda?
Morse je rekla da je to počelo kad je bila u osnovnoj školi. Otišla je u akvarij i naišla na izložbu, simulaciju plastičnog smeća koja pluta u oceanu.
Prisjetila se: "Postoji super ogromna riba poput strukture s školjkastim školjkama, baš poput McDonalds pjenaste plastike. 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. inženjerstvo okoliša sa Sveučilišta Stanford. Na znanstvenoj konferenciji 2006. godine upoznala je drugu mladu inženjerku, Anne Schauer Gimenez. "Mislim da nećemo započeti razgovor o tome kako to učiniti do oko 4 sata ujutro," rekao je Schauer - Gimenez
Postupak je upotreba bakterija za proizvodnju biopolimera.
Neke se bakterije mogu hraniti metanom i stvarati 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, a tako će nastati i bakterije", objašnjava Morse
Da bi napravili biopolimere, bakterijama je potrebno puno hrane. Zato su mango materijali sagradili mjesto u postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda pod nazivom Čista voda Silicijske doline u Redwoodu, u Kaliforniji, u blizini zaljeva San Francisco. Tvrtku podržavaju institucije poput Nacionalne zaklade za znanost.
Nečistoće u kanalizaciji ili barem metan iz kanalizacije su bakterijska hrana. Postrojenja za obradu obično spaljuju metan ili ga ispuštaju izravno u zrak. Metan je snažan staklenički plin, kad se ispušta u atmosferu, izazvat će globalno zagrijavanje. Materijali manga hrane ih bakterijama.
Taj je postupak završen u fermentacijskom spremniku, koji se nalazi 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. "Ovdje se događaju čuda", rekla je
"Stalno dodavamo metan i kisik u fermentor, a svoj" tajni umak "unosimo u fermenter prema načinu na koji bakterije rastu", rekla je Allison pieja, mikrobiologinja iz manga
"Tajni umak" aditiv je koji je razvio tim za održavanje ovog procesa.
Naposljetku, kada su se bakterije nahranile, tim je otvorio fermentor za dobivanje biopolimera. Suše ga i pretvaraju u kuglu.
Do sada su zainteresiranim tvrtkama 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 raznobojnih svilenih niti koje izgledaju i osjećaju se poput "plastike" 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 surađuje s nekoliko tvrtki na testiranju učinkovitosti njihovih 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 napraviti kupaći kostim sa svojim materijalima? Idem u ocean, to će mi 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 duže ako uvjeti ne budu prikladni, 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, postavio je vreće od kukuruznog polimera u močvarna područja i utvrdio da se one razgrađuju 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 uvjete okoliša", rekao je Ramani Narayan, kemijski inženjer i stručnjak za bioplastiku na Michigan State University. "Što je dulje biorazgradnja, duže će otpad postojati. Tijekom tog razdoblja, to će imati ozbiljan negativan utjecaj na okoliš. Utjecaj, to je nešto što treba pažljivo razmotriti."
Tim Mango Materiala kaže da je njihov materijal biopolimer u obliku polihidroksialkanoata ili PHA. Za razliku od većine biopolimera, nije potrebno recikliranje. Pod odgovarajućim uvjetima, bit će spreman za mjesec ili dva. Može se razgraditi biološkim. Njihovi proizvodi trenutno prolaze neovisna ispitivanja kako bi to potvrdili.
Morse priznaje da je potrebno još mnogo posla da se utre put biopolimerima. Pozvala je 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 onečišćenja okoliša. Da bismo riješili taj problem, moramo biti sposobni reciklirati plastiku u svom životu.
Drugo, s razvojem znanosti i tehnologije ljudi mogu pronaći načine kako smanjiti zagađenje ili proizvesti nove biomaterijal umjesto plastike iz mikroorganizama u prirodi.
Bez obzira na to, važno je pogodovati okolišu i ljudskom razvoju.
