V posledných rokoch si ľudia čoraz viac uvedomujú dôležitosť ekologického prostredia a uvedomujú si, že hospodársky rozvoj nemožno dosiahnuť na úkor ekologického prostredia, pretože prírodné prostredie je materiálnym základom pre prežitie a reprodukciu ľudí a ochranu. a zlepšenie prírodného prostredia je predpokladom prežitia a rozvoja človeka.
Podľa štúdie uverejnenej vo vedeckých správach 19. marca 2020 môže pri otváraní plastových obalov (napríklad čokoládových plastových tašiek a fliaš) v každodennej práci vzniknúť malé množstvo malých plastových častíc kratších ako 5 mm, a to mikroplastov.
V súčasnosti nebol výskum jednoznačný, pokiaľ ide o riziká a možnú toxicitu, ktorú prinášajú a ako ich absorbujú ľudia, a ďalší výskum je potrebný pre ľudí.
Z vyššie uvedeného výskumu môžu každodenné plasty priniesť mikroplasty, ktoré môžu byť škodlivé pre zdravie. O plastoch je však viac kontroverzie.
Dnes budeme hovoriť o vzťahu medzi plastmi a mikroorganizmami, jedným z hlavných znečistení životného prostredia, a diskutovať o tom, ako pomocou mikroorganizmov vyriešiť problém znečistenia plastmi. Dúfame, že tento dokument poskytne určitú inšpiráciu pre príslušné priemyselné odvetvia a vedeckých a technologických odborníkov a pripomína čitateľom, aby venovali pozornosť ochrane životného prostredia.
Výhody a nevýhody plastov
V 50-tych rokoch 20. storočia, s nástupom „doby plastov“, prešla stavebná technológia obrovskými zmenami. Rozvoj priemyslu fosílnych palív priniesol širokú škálu plastov, od izolačných materiálov po mechanické materiály až po povlaky, všetky druhy materiálov sa zmenili. V súčasnosti sú plasty všadeprítomnou súčasťou každého stavebného prvku.
Nejde iba o architektúru, ale o plasty všade. Plast sa nachádza v odevoch, ktoré nosíme, v domoch, v ktorých žijeme, av automobiloch, v ktorých jazdíme. Plast možno nájsť aj v televízii, ktorú sledujeme, v počítačoch, ktoré používame, a nástrojoch, ktoré používame. Ľudia používajú plastové výrobky na rôznych miestach, aby bol život pohodlnejší, bezpečnejší a príjemnejší.
V skutočnosti však surovina z plastov pochádza hlavne z ropy alebo zemného plynu, čo spôsobí veľa problémov. Napríklad zdroje ropy sú veľmi obmedzené. Napríklad v procese ťažby a rafinácie ropy je veľmi ľahké spôsobiť znečistenie. Okrem štandardného znečistenia spôsobeného ťažobným a rafinačným procesom existuje v roku 2010 potenciál veľkých havárií v oblasti ekologického poškodenia, ako je rozsiahla ropná škvrna pozdĺž pobrežia Mexického zálivu.
Na druhej strane sa pri výrobe plastov uvoľňujú toxické chemikálie. Spolu s výrobou plastov sa vyrobí veľa škodlivých chemikálií a potom nevyhnutne vstúpi do nášho ekosystému a zničí ho vodou, pôdou a vzduchom. Mnohé z týchto chemikálií sú perzistentné organické znečisťujúce látky, jeden z najničivejších toxínov na Zemi.
A čo viac, plasty sa ťažko degradujú. Niektoré plastové vrecká a fľaše môžu bez poškodenia prejsť stovky, tisíce alebo milióny rokov, pretože väčšina mikroorganizmov v prírode nepoužíva plasty ako jedlo, takže ich nerozložia.
Niektoré nové mikróby objavené nedávno nám však môžu pomôcť vyriešiť tento problém.
Nové baktérie pomáhajú degradovať plasty
Polystyrén je kľúčovou zložkou jednorazových plastových výrobkov, ako sú jednorazové šálky, riad, hračky a obalové materiály. V súčasnosti výroba a spotreba polystyrénu v rôznych priemyselných odvetviach exponenciálne rastie, čo predstavuje veľkú hrozbu pre životné prostredie a nízka účinnosť využívania odpadu tento problém ešte zhoršuje.
Podľa štatistík Organizácie Spojených národov sa ročne na svete vyprodukuje asi 300 miliónov ton plastového odpadu, z čoho sa recykluje iba asi 10%. Odhaduje sa, že India ročne spotrebuje asi 16,5 milióna ton plastov. AIPMA odhaduje, že v plastikárskom priemysle sa vyrába asi 14 miliónov ton polystyrénu, z ktorých všetky nie sú odbúrateľné.
Nedávno indický predseda vlády oznámil, že do roku 2022 sa plastové výrobky na jedno použitie už nebudú v Indii používať, čo predstavuje jednu pätinu plastových výrobkov denne, takže táto iniciatíva bude mať v Indii veľký význam.
Tím Richa priyadarshini z Univerzity SHIV nadar v Grand Noida v Uttarpradéši v Indii však nedávno objavil dva druhy „jedlých plastových“ baktérií z mokradí v Grand Noida, ktoré môžu poskytnúť environmentálnu alternatívu na vyriešenie krízy plastového znečistenia.
Dve baktérie izolované tímom sú kmeň exlibobaktérie drll a kmeň exiguobacterium undae dr14. Výskum ukazuje, že majú potenciál rozkladať polystyrén.
„Naše údaje ukazujú skutočnosť, že extrémofilové baktérie, exiguobaktéria, môžu degradovať polystyrén a môžu byť ďalej použité na zníženie znečistenia životného prostredia spôsobeného plastmi,“ uviedol priyadarshini.
„Mokrade sú jedným z najrôznejších biotopov pre mikroorganizmy, sú však relatívne nepreskúmané,“ uviedol priyadarshini. Preto sú tieto ekosystémy ideálnym miestom na izoláciu baktérií novými biotechnologickými aplikáciami. "
Polystyrén má polymérnu štruktúru s vysokou molekulovou hmotnosťou a dlhým reťazcom a má dobrú odolnosť proti degradácii. Preto podľa prieskumu uverejneného v časopise RSC pretrvávajú v prostredí.
Tím zistil, že keď obe izolované baktérie prišli do kontaktu s plastom (polystyrén), použili ho ako zdroj uhlíka a použili ho na výrobu biofilmov. To mení fyzikálne vlastnosti polystyrénu a začína proces prirodzenej degradácie. Potom môžu baktérie zničiť polymérny reťazec uvoľnením hydrolázy.
V súčasnosti sa tím snaží vyhodnotiť metabolický proces týchto kmeňov s cieľom ich využitia pri environmentálnej bioremediácii.
„Keď sme robili vedecký výskum mokradí v areáli, neúmyselne sme našli baktérie v„ jedlom plaste “,“ povedal rupamanjari Ghosh, viceprezident univerzity SHIV nadar. Toto je relatívne ideálne riešenie na prerušenie prirodzenej degradácie plastov a uskutočnenie biodegradácie. "
Priyadarshini dodal: „Najprv sme túto oblasť preskúmali, aby sme porozumeli bakteriálnym druhom v týchto oblastiach, ale nakoniec sme izolovali mnoho bakteriálnych druhov s jedinečným využitím.“
Poukázala na to, že objavom nových kmeňov s biologickou odbúrateľnosťou plastov sa môžu objaviť aj nové enzýmy a potenciálne metabolické cesty, ktoré prispejú k budúcej bioremediácii.
Vedci poukazujú na to, že obe baktérie môžu vytvárať biofilmy na povrchu polystyrénu. Biofilm je súbor bakteriálnych buniek vo forme agregačnej komunity na dosiahnutie veľmi vysokej hustoty buniek, čo vedie k silnejšej úlohe enzýmov degradujúcich polyméry.
Priyadarshini povedal: „polystyrén je ťažké degradovať. Pred biodegradáciou je potrebná určitá forma predbežnej úpravy, ako je chemická, tepelná a fotooxidácia.“
Dr11 a dr14 môžu tvoriť nielen biofilm na neupravenom polystyréne, ale tiež degradovať nemodifikované plasty.
Priyadarshini tiež uviedol: „V posledných rokoch sa výrazne zvýšila závislosť ľudí od plastových výrobkov, čo viedlo k veľkému množstvu plastovej akumulácie v životnom prostredí a má negatívny vplyv na ekosystém. Ľudia preto potrebujú udržateľné metódy degradácie plastov. "
Okrem snahy degradovať plasty existuje veľa ľudí, ktorí hľadajú nové materiály, ktoré môžu plasty nahradiť a degradovať.
Zľava doprava: Anne Schauer Gimenez, Allison pieja a Molly Morse z mangových materiálov. Vedľa nich je fermentačná nádrž biopolyméru čističky odpadových vôd v blízkosti San Francisco Bay, ktorá poskytuje baktériám metán, ktorý potrebujú na výrobu bioplastov. Zdroj fotografie: Chris Joyce / NPR
Biopolyméry ako náhrada plastov
Silicon Valley start-up sa snaží extrahovať plast z oblečenia a potom pridať niečo iné, biologicky rozložiteľný polymér, ktorý nahrádza plast.
Polymér je molekula s dlhým reťazcom zložená z mnohých rovnakých jednotiek. Tento druh materiálu je často odolnejší a pružnejší. Plast je polymér vyrobený z ropných produktov. V prírode sa však často vyskytujú biopolyméry, ako je celulóza v dreve alebo hodváb priadky morušovej. Od plastov sa líšia tým, že sa môžu rozložiť na prírodné látky.
Molly Morse dúfa, že vyrobí biopolyméry, ktoré nahradia niektoré plasty. Vedie malú spoločnosť s názvom mangové materiály. Mango je jej najobľúbenejšie ovocie. Dúfa, že jej názov bude znieť inak ako iné technologické spoločnosti v oblasti zálivu.
"Nie sme typický startup spoločnosti Silicon Valley, vyrábame polyméry v čistiarni odpadových vôd, nie sme banda ľudí kódujúcich v garáži," uviedla Morse.
Ako teda vyrába bioplasty v čistiarni odpadových vôd?
Morse povedala, že sa to začalo, keď bola na základnej škole. Išla do akvária a narazila na výstavu, simuláciu plastového koša plávajúceho v oceáne.
Spomenula si: „Existuje super obrovská ryba podobná škrupinám s mušľovými škrupinami, rovnako ako penové plasty McDonalds. Bol som vystrašený, úplne vystrašený. Táto výstava zmenila môj život. Myslím, že je smiešna. Chcem ju zmeniť.“
Výsledkom je, že Morse sleduje svoj sen a získal titul Ph.D. v environmentálnom inžinierstve zo Stanfordskej univerzity. Na vedeckej konferencii v roku 2006 sa stretla s ďalšou mladou inžinierkou Anne Schauer Gimenez. „Nemyslím si, že o tom budeme hovoriť až do 4. hodiny ráno,“ povedal Schauer - Gimenez
Procesom je použitie baktérií na výrobu biopolymérov.
Niektoré baktérie sú schopné sa živiť metánom a vytvárať si vlastné biopolyméry, najmä ak ich dobre kŕmite, budú produkovať a hromadiť viac biopolymérov. „Ak dostaneme tuk z jedenia príliš veľkého množstva zmrzliny alebo čokolády, potom sa tuky v našich telách hromadia a rovnako aj baktérie,“ vysvetľuje Morse.
Na výrobu biopolymérov potrebujú baktérie veľa potravy. Preto mango materiály vybudovali miesto v čističke odpadových vôd nazvanej Čistá voda v Silicon Valley v Redwood v Kalifornii neďaleko San Francisco Bay. Spoločnosť je podporovaná inštitúciami ako National Science Foundation.
Nečistoty v splaškoch alebo aspoň metán z splaškov sú bakteriálne potraviny. Čistiarne obyčajne pália metán alebo ho vypúšťajú priamo do vzduchu. Metán je silný skleníkový plyn, keď sa vypustí do atmosféry a spôsobí globálne otepľovanie. Mangánové materiály ho živia baktériami.
Tento proces je ukončený vo fermentačnej nádrži, ktorá je vedľa veľkej oceľovej nádrže naplnenej odpadovými vodami. Inžinier Mango Allison pieja predvádzal svoj vynález: vyzerá to ako veľký sud s pivom v ňom, ako kvapka v žile. „Tu sa dejú zázraky,“ povedala
„Neustále pridávame do fermentora metán a kyslík a do fermentora vkladáme našu„ tajnú omáčku “podľa spôsobu, akým baktérie rastú,“ hovorí Allison pieja, mikrobiológ z manga
„Tajná omáčka“ je prísada vyvinutá tímom na udržanie tohto procesu.
Keď boli baktérie vykrmované, tím otvoril fermentor, aby získal biopolyméry. Vysušia to a premenia ho na loptu.
Doteraz dodali zainteresovaným spoločnostiam takmer 2 000 libier biopolymérov. Ich hlavným cieľovým trhom je textil, hoci sa hovorí, že biopolyméry sa môžu použiť aj na balenie.
Tieto biopolyméry sa môžu použiť na výrobu farebných hodvábnych vlákien, ktoré vyzerajú a pôsobia ako „plasty“, ako sú polyesterové vlákna. Dúfame, že tento biopolymér bude tkaný do odevu, aby nahradil plasty v textíliách.
Rukávy z biopolyméru. Tím Mango spolupracuje s niekoľkými spoločnosťami na testovaní účinnosti ich biopolymérov na textil. Obrazový kredit: Chris Joyce / NPR
Nevýhody biopolymérov
Schauer-Gimenez povedal, že také oblečenie bude rozložiteľné, čo ľudí vyľakáva: „Ó môj bože, plánuješ si so svojimi materiálmi urobiť plavky? Idem do oceánu, biodegraduje ma Telo!“ Povedal som: „Nie, nie, nie je to tak. ““
Na degradáciu potrebujú biopolyméry správnu teplotu a zodpovedajúce baktérie, aby ich strávili, a proces rozkladu vyžaduje nepretržité vystavenie počas týždňov alebo mesiacov. Morse uznáva, že ak podmienky nie sú vhodné, bude to trvať dlhšie, ako napríklad v suchej arizonskej púšti alebo morskom dne.
Toto je doteraz nevýhodou biopolymérov a určitá biodegradácia nie je taká rýchla, ako sľúbili.
John Weinstein, profesor biológie na Castle University v Južnej Karolíne, umiestnil vrecia vyrobené z kukuričného polyméru do mokradí a zistil, že sa degradujú pomalšie ako bežné plastové vrecká. „Vytvoril si nový materiál, ale ako sa to pokazilo? Bol som prekvapený,“ povedal o bioplastoch.
„Je to všetko o podmienkach životného prostredia,“ povedal Ramani Narayan, chemický inžinier a odborník na bioplastiku na Michiganskej štátnej univerzite. „Čím dlhšia je biologická degradácia, tým dlhšie bude existovať odpad. Počas tohto obdobia bude mať vážny negatívny vplyv na životné prostredie. Vplyv je niečo, čo si vyžaduje starostlivé zváženie.“
Tím spoločnosti Mango Materials tvrdí, že ich materiál je biopolymér vo forme polyhydroxyalkanoátu alebo PHA. Na rozdiel od väčšiny biopolymérov nevyžaduje recykláciu. Za vhodných podmienok bude pripravený o mesiac alebo dva. Môže byť biologicky odbúrateľný. Ich výrobky v súčasnosti prechádzajú nezávislým testovaním, aby to potvrdili.
Morse uznáva, že ešte treba urobiť veľa práce, aby sa pripravila pôda pre biopolyméry. Naliehala na ľudí, aby namiesto toho, aby ich vyhadzovali, používali menej plastov a znovu použili predmety. Ale ona sleduje svoj detský sen - nájsť niečo lepšie ako plast.
„Neurobíme to, pokiaľ nebudeme presvedčení, že ide o riešenie obrovského globálneho problému.“
Plastové znečistenie: ako to vyriešiť?
V súčasnosti je plast v našom živote stále nevyhnutný, ale kvôli jeho pomalému rozkladu vedie k množstvu znečistenia životného prostredia. Aby sme tento problém vyriešili, musíme byť schopní recyklovať plasty v našom živote.
Po druhé, s rozvojom vedy a techniky môžu ľudia nájsť spôsoby, ako znížiť znečistenie alebo vyrobiť nové biomateriály namiesto plastov pochádzajúcich z mikroorganizmov v prírode.
Nezáleží na tom, akým spôsobom je dôležité viesť k životnému prostrediu a ľudskému rozvoju.
