Каждый человек использует в среднем 30 кг пластика в год. Учитывая, что средняя продолжительность жизни в мире в настоящее время составляет примерно 70 лет, каждый человек за свою жизнь выбросит около двух метрических тонн пластика. Умножьте это на количество людей на Земле, которое постоянно растет, и получится ошеломляющая цифра.
В свете этого Франческо Стеллаччи, профессор и руководитель лаборатории супрамолекулярных наноматериалов и интерфейсов инженерной школы EPFL, задумался о том, есть ли способ решить проблему использованных пластмасс и более эффективно их перерабатывать. Стеллаччи наладил сотрудничество с профессором Себастьяном Дж. Мерклом в Институте биоинженерии EPFL, и они решили консультировать аспиранта Симоне Джавери, команда опубликовала свои выводы, основанные на научных исследованиях, в Современные материалы.
Изучив существующие варианты переработки пластика, инженеры решили придумать совершенно новый подход.
«Когда мы используем биоразлагаемый пластик, в процессе разложения остаются остатки, которые необходимо складировать или захоронить. Чем больше земли выделяется для этого, тем меньше земли доступно для сельского хозяйства, и есть экологические последствия, которые необходимо учитывать, поскольку продукт биоразложения обязательно изменяет экосистему района », — говорит Стеллаччи.
Итак, как мы можем найти комплексное решение проблемы переработки пластмасс? Частично ответ вполне может исходить от самой природы.
Жемчужное ожерелье
Белки — одно из основных органических соединений, из которых состоит наш мир. Подобно ДНК, они составляют часть семейства полимеров; белки — это длинные цепочки молекул или мономеров, известные как аминокислоты.
«Белок подобен жемчужной нити, где каждая жемчужина — это аминокислота. Каждая жемчужина имеет свой цвет, и последовательность цветов определяет структуру струны и, следовательно, ее свойства. В природе белковые цепи распадаются на составляющие аминокислоты, и клетки соединяют эти аминокислоты вместе, чтобы сформировать новые белки, то есть они создают новые нити жемчуга с другой цветовой последовательностью », — говорит Джавери.
В лаборатории Джавери сначала попытался воспроизвести этот естественный цикл за пределами живых организмов. «Мы выбрали белки и разделили их на аминокислоты. Затем мы помещаем аминокислоты в бесклеточную биологическую систему, которая собирала аминокислоты обратно в новые белки с совершенно другими структурами и приложениями », — объясняет он. Например, Джавери и Стеллаччи успешно превратили шелк в белок, используемый в биомедицинских технологиях. «Важно отметить, что когда вы расщепляете и собираете белки таким образом, качество производимых белков точно такое же, как у вновь синтезированного белка. Действительно, вы создаете что-то новое », — говорит Стеллаччи.
Пластик тоже полимер
Итак, какова связь между сборкой белка и переработкой пластика? Поскольку оба соединения являются полимерами, механизмы, естественные для белков, могут быть применены и к пластмассам. Хотя эта аналогия может показаться многообещающей, Стеллаччи предупреждает, что разработка таких методов не произойдет в одночасье.
«Это потребует кардинально иного мышления. Полимеры — это нити жемчуга, но синтетические полимеры состоят в основном из жемчуга одного цвета, и когда цвет отличается, последовательность цвета редко имеет значение. Кроме того, у нас нет эффективного способа собрать синтетические полимеры из жемчуга разного цвета, контролируя их последовательность».
Однако он также отметил бы, что этот новый подход к переработке пластика, по-видимому, единственный, который действительно соответствует постулату экономики замкнутого цикла.
«В будущем устойчивое развитие повлечет за собой доведение до крайности вторичного использования, объединение множества различных объектов и переработку смеси для производства каждый день нового материала. Природа уже делает это », — заключает он.
