Amerykańscy naukowcy opracowali materiały o strukturach inspirowanych biologią, które mają określone cykle życia i znikają po użyciu. Jak działa to rozwiązanie, które umożliwiłoby zrównoważone gospodarowanie odpadami przemysłowymi i domowymi?
Zespół naukowców z Rutgers University opracował nowatorską strategię chemiczną do produkcji tworzyw biodegradowalnych, które mogą ulegać rozkładowi w zaprogramowany sposób w codziennych warunkach, bez konieczności stosowania ciepła lub agresywnych środków chemicznych.
Opublikowany 26 listopada 2025 r. postęp ten stanowi istotny krok w walce z zanieczyszczeniem tworzywami sztucznymi, problemem środowiskowym o globalnej skali. Projekt, kierowany przez Yuwei Gu, adiunkta na Uniwersytecie Rutgers, wprowadza technologię, która może zmienić produkcję i wykorzystanie tworzyw sztucznych w wielu branżach przemysłowych.
Głównym celem, jak wyjaśnił Gu, było znalezienie rozwiązania, które umożliwiłoby rozkład tworzyw sztucznych po spełnieniu ich funkcji. „Biologia wykorzystuje polimery wszędzie, np. w białkach, DNA, RNA i celulozie, ale natura nigdy nie boryka się z problemami długotrwałej akumulacji, które obserwujemy w przypadku tworzyw sztucznych” – powiedział Gu, cytowany przez Rutgers University.
Zainspirowany odpadami plastikowymi w parku przyrodniczym, naukowiec postanowił naśladować strukturę biologicznych polimerów, które w przeciwieństwie do tworzyw sztucznych znikają bez pozostawiania śladów.
Programowanie żywotności i wszechstronne zastosowania
Zasadą tego rozwiązania jest włączenie do polimerów małych grup funkcyjnych, podobnych do tych występujących w materiałach naturalnych, takich jak DNA lub białka.
Te wewnętrzne grupy działają jak „pomocnicy” i ułatwiają rozrywanie wiązań chemicznych w momencie aktywacji procesu degradacji. Gu wyjaśnił: „Kontrolując ich orientację i położenie, możemy zaprojektować ten sam plastik tak, aby rozkładał się w ciągu dni, miesięcy, a nawet lat”. W ten sposób materiał pozostaje wytrzymały podczas użytkowania, ale może ulegać rozkładowi zgodnie z zaprogramowanym harmonogramem.
Technologia ta pozwala dostosować żywotność plastiku do potrzeb każdego produktu. Zespół z Rutgers University wykazał, że degradacja może zostać aktywowana w okresie od kilku dni do kilku lat, co jest idealnym rozwiązaniem dla produktów jednorazowego użytku, takich jak opakowania fast foodów, które powinny wytrzymać tylko kilka godzin, lub części samochodowe, które wymagają większej trwałości.
Ponadto proces może być zainicjowany przez promieniowanie ultrafioletowe lub jony metali, co zapewnia dodatkową kontrolę. Zespół bada również zastosowania w kapsułkach o kontrolowanym uwalnianiu leków i inteligentnych powłokach, rozszerzając zakres innowacji.
Gu podkreślił w komunikacie Uniwersytetu Rutgers, że „badania te nie tylko otwierają drzwi do tworzyw sztucznych bardziej przyjaznych dla środowiska, ale także poszerzają narzędzia do projektowania inteligentnych i czułych materiałów opartych na polimerach w wielu dziedzinach”.
Wpływ na środowisko, bezpieczeństwo i przyszłe wyzwania
Postęp ten stanowi alternatywę dla trwałych materiałów, które zatykają wysypiska śmieci i oceany, ponieważ umożliwia bezpieczny i zaprogramowany rozkład tworzyw sztucznych, co może mieć ogromny wpływ na środowisko i społeczeństwo.
Chociaż wstępne testy laboratoryjne wskazują, że płyny powstałe w wyniku rozkładu nie są toksyczne, naukowcy zapewniają, że nadal ocenia się wpływ produktów rozkładu na środowisko i zdrowie. Konieczne są dodatkowe badania w celu potwierdzenia ich długoterminowej nieszkodliwości.
W przyszłości naukowcy z Rutgers University pracują nad dostosowaniem tej technologii do procesów przemysłowych i szczegółowo analizują bezpieczeństwo fragmentów powstających podczas degradacji. Badają również możliwość zastosowania tej metody w kapsułkach farmaceutycznych i inteligentnych materiałach.
Chociaż nadal istnieją wyzwania techniczne, Gu podkreśla, że dzięki współpracy z przemysłem i odpowiedniemu rozwojowi te programowalne tworzywa sztuczne będą mogły zostać włączone do produktów codziennego użytku. Podstawowym celem jest sprawienie, aby tworzywa sztuczne znikały po spełnieniu swojej funkcji, umożliwiając chemii przyczynienie się do bardziej zrównoważonej i odpowiedzialnej przyszłości środowiska.