V zadnjih letih se ljudje vse bolj zavedajo pomena ekološkega okolja in se zavedajo, da ekonomskega razvoja ni mogoče doseči s ceno ekološkega okolja, ker je naravno okolje materialna podlaga za preživetje in razmnoževanje ljudi ter zaščita izboljšanje naravnega okolja je pogoj za preživetje in razvoj človeka.
Glede na študijo, objavljeno v znanstvenih poročilih 19. marca 2020, lahko z odprtjem plastične embalaže (kot so čokoladne plastične vrečke in steklenice) pri vsakodnevnem delu nastane majhna količina majhnih plastičnih delcev, dolgih manj kot 5 mm, in sicer mikro plastike.
Trenutno raziskave niso jasno razvidne o tveganjih in možni toksičnosti, ki jih prinašajo, in o tem, kako jih človek absorbira, zato so za človeka potrebna naslednja raziskovanja.
Iz zgornjih raziskav lahko vsakodnevna plastika prinese mikro plastiko, ki je lahko škodljiva za zdravje. Glede plastike pa je več polemike.
Danes se bomo pogovarjali o razmerju med plastiko in mikroorganizmom, ki je eno glavnih onesnaženj okolja, in razpravljali o tem, kako uporabiti mikroorganizem za reševanje problema plastičnega onesnaženja. Upamo, da bo ta prispevek navdihnil ustrezne panoge ter znanstvenike in tehnološke strokovnjake ter bralce opozoril, naj bodo pozorni na varstvo okolja.
Prednosti in slabosti plastike
V petdesetih letih prejšnjega stoletja je s prihodom "plastične dobe" gradbena tehnologija doživela ogromne spremembe. Razvoj industrije fosilnih goriv je prinesel široko paleto plastike, od izolacijskih materialov do mehanskih materialov do premazov, vse vrste materialov so se spremenile. Danes je plastika še vedno vseprisotni del vsake gradbene komponente.
To ni samo arhitektura, pravzaprav je povsod plastika. Plastiko lahko najdemo v oblačilih, ki jih nosimo, v hišah, v katerih živimo, in v avtomobilih, ki jih vozimo. Plastiko lahko najdemo tudi v televizorju, ki ga gledamo, v računalnikih, ki jih uporabljamo, in v orodjih, ki jih uporabljamo. Ljudje uporabljajo plastične izdelke na različnih mestih, da bi naredili življenje bolj priročno, varnejše in prijetnejše.
A v resnici surovina plastike prihaja predvsem iz nafte ali zemeljskega plina, kar bo povzročilo številne težave. Na primer, viri nafte so zelo omejeni. Na primer, v procesu pridobivanja in rafiniranja nafte je zelo enostavno povzročiti onesnaženje. Poleg standardnega onesnaževanja, ki ga povzroča postopek rudarjenja in rafiniranja, obstajajo možnosti za večje nesreče na ekološki škodi, kot je obsežno razlitje nafte ob zalivski obali leta 2010.
Po drugi strani se strupene kemikalije sproščajo med proizvodnjo plastike. Skupaj s proizvodnjo plastike bo nastalo veliko škodljivih kemikalij, nato pa bodo neizogibno vstopili in uničili naš ekosistem skozi vodo, tla in zrak. Mnoge od teh kemikalij so obstojna organska onesnaževala, eden najbolj uničujočih toksinov na zemlji.
Še več, plastiko je težko razgraditi. Nekatere plastične vrečke in steklenice lahko brez razgradnje minejo na stotine, tisoče ali celo milijone let, ker večina mikroorganizmov v naravi ne uporablja plastike kot hrano, zato je ne bodo razkrojili.
Toda nekateri novi mikrobi, odkriti nedavno, nam lahko pomagajo rešiti to težavo.
Nove bakterije pomagajo plastiki razgraditi
Polistiren je ključna sestavina plastičnih izdelkov za enkratno uporabo, kot so skodelice za enkratno uporabo, namizni pribor, igrače in embalažni materiali. Trenutno proizvodnja in poraba polistirena v različnih panogah naraščata eksponentno, kar predstavlja veliko grožnjo za okolje, nizka učinkovitost uporabe odpadkov pa poslabšuje to težavo.
Po statističnih podatkih Združenih narodov na svetu vsako leto nastane približno 300 milijonov ton plastičnih odpadkov, le približno 10% jih se reciklira. Ocenjujejo, da Indija porabi približno 16,5 milijona ton plastike na leto. AIPMA ocenjuje, da industrija plastike proizvede približno 14 milijonov ton polistirena, vsi pa so ne razgradljivi.
Pred kratkim je indijski premier sporočil, da do leta 2022 v Indiji ne bodo več uporabljali plastičnih izdelkov za enkratno uporabo, kar predstavlja petino vsakodnevnih izdelkov iz plastike, zato bo ta pobuda v Indiji zelo pomembna.
Pred kratkim pa je ekipa Richa priyadarshinija z univerze SHIV nadar v Grand Noidi, Uttar Pradesh v Indiji odkrila dve vrsti "užitnih plastičnih" bakterij iz mokrišča v Grand Noidi, ki lahko predstavljata okoljsko alternativo za rešitev krize zaradi onesnaževanja s plastiko.
Dve bakteriji, ki ju izolira ekipa, sta seva exiguobacterium dr11 in seva exiguobacterium undae dr14. Raziskava kaže, da lahko razgradijo polistiren.
"Naši podatki kažejo na dejstvo, da ekstremofilske bakterije, exiguobacterium, lahko razgradijo polistiren in se lahko nadalje uporabljajo za zmanjšanje onesnaževanja iz okolja, ki ga povzroča plastika," je dejal priyadarshini
"Mokrišča so eden najrazličnejših habitatov mikroorganizmov, vendar so relativno neraziskani," je dejal priyadarshini. Zato so ti ekosistemi idealni kraji za izolacijo bakterij z novimi biotehnološkimi aplikacijami. "
Polistiren ima visoko molekulsko maso in dolgo verižno polimerno strukturo ter ima dobre lastnosti proti razgradnji. Zato vztrajajo v okolju, kaže raziskava, objavljena v reviji RSC.
Skupina je ugotovila, da sta dve izolirani bakteriji prišli v stik s plastiko (polistiren), ki sta jo uporabili kot vir ogljika in jo uporabili za izdelavo biofilmov. To spremeni fizikalne lastnosti polistirena in začne naravni proces razgradnje. Nato lahko bakterije uničijo polimerno verigo s sproščanjem hidrolaze.
Trenutno skupina poskuša oceniti presnovni proces teh sevov, da bi jih uporabili pri bioremediaciji v okolju.
"Ko smo delali znanstvene raziskave na mokriščih kampusa, smo nenamerno našli bakterije v" užitni plastiki, "" je dejal rupamanjari Ghosh, podpredsednik univerze SHIV nadar. To je razmeroma idealna rešitev za prekinitev naravne razgradnje plastike in za biološko razgradnjo. "
Priyadarshini je dodal: "To območje smo sprva raziskovali samo zato, da smo razumeli bakterijske vrste na teh območjih, sčasoma pa smo izolirali številne vrste bakterij z edinstveno uporabo."
Izpostavila je, da se z odkritjem novih sevov z biorazgradljivostjo plastike lahko odkrijejo tudi novi encimi in potencialne presnovne poti, ki bodo prispevale k bodoči bioremediaciji.
Raziskovalci poudarjajo, da lahko obe bakteriji na površini polistirena gradijo biofilme. Biofilm je zbirka bakterijskih celic v obliki skupine za združevanje, ki doseže zelo visoko celično gostoto, zaradi česar imajo encimi, ki razgradijo polimer, močnejšo vlogo.
Priyadarshini je dejal: "Polistiren je težko razgraditi. Pred biorazgradnjo je potrebna neka oblika predhodne obdelave, na primer kemična, termična in fotooksidacija."
Dr11 in dr14 ne moreta samo tvoriti biofilma na neobdelanem polistirenu, ampak tudi razgraditi nespremenjeno plastiko.
Priyadarshini je še dejal: "V zadnjih letih se je močno povečala odvisnost ljudi od plastičnih izdelkov, kar je privedlo do velike količine kopičenja plastike v okolju in negativno vpliva na ekosistem. Zato ljudje potrebujejo trajnostne metode razgradnje plastike. "
Poleg tega, da poskušajo razgraditi plastiko, je veliko ljudi, ki iščejo nove materiale, ki lahko nadomestijo plastiko in jo razgradijo.
Od leve proti desni: Anne Schauer Gimenez, Allison pieja in Molly Morse iz materialov iz manga. Zraven njih je rezervoar za fermentacijo biopolimerov čistilne naprave v bližini zaliva San Francisco, ki bakterijam zagotavlja metan, ki ga potrebujejo za proizvodnjo bioplastike. Vir fotografij: Chris Joyce / NPR
Biopolimeri za nadomestitev plastike
Zagon v Silicijevi dolini poskuša iz oblačil izvleči plastiko in ji nato dodati še nekaj, biorazgradljiv polimer, ki nadomešča plastiko.
Polimer je molekula dolge verige, sestavljena iz mnogih enakih enot. Ta vrsta materiala je pogosto bolj trpežna in elastična. Plastika je polimer iz naftnih derivatov. Vendar se v naravi pogosto pojavljajo biopolimeri, kot je celuloza v lesu ali svila sviloprejk. Od plastike se razlikujejo po tem, da se lahko razgradijo v naravne snovi.
Molly Morse upa, da bo izdelala biopolimere, ki lahko nadomestijo nekaj plastike. Vodi majhno podjetje, imenovano mango materiali. Mango je njen najljubši sadež. Upa, da se bo ime njenega podjetja slišilo drugače kot druga tehnološka podjetja na območju zaliva.
"Nismo tipičen zagon Silicijeve doline, proizvajamo polimere na čistilni napravi, nismo kup ljudi, ki kodirajo v garaži," je dejal Morse
Kako torej izdeluje bioplastiko v čistilni napravi?
Morseova je dejala, da se je začelo že v osnovni šoli. Šla je v akvarij in naletela na razstavo, ki je simulirala plastični smeti, ki plava v oceanu.
Spomnila se je: "Obstaja super ogromna riba, kot je struktura z školjkami školjk, tako kot penasta plastika McDonalds. Bil sem presenečen, popolnoma prestrašen. Ta razstava mi je spremenila življenje. Mislim, da je smešna. Želim jo spremeniti."
Zaradi tega je Morse uresničeval svoje sanje in doktoriral. na področju okoljskega inženiringa z univerze Stanford. Na znanstveni konferenci leta 2006 je spoznala še eno mlado inženirko, Anne Schauer Gimenez. "Mislim, da se ne bomo začeli pogovarjati o tem, kako to storiti šele okoli 4. ure zjutraj," je dejal Schauer - Gimenez
Postopek je uporaba bakterij za izdelavo biopolimerov.
Nekatere bakterije so sposobne hraniti metan in narediti lastne biopolimere, še posebej, če jih dobro nahranite, bodo proizvedle in nakopičile več biopolimerov. "Če bomo z uživanjem preveč sladoleda ali čokolade dobili maščobo, se bo maščoba v naših telesih nakopičila in tako tudi bakterije," razlaga Morse
Za izdelavo biopolimerov bakterije potrebujejo veliko hrane. Zato so materiali iz manga zgradili mesto na čistilni napravi za čiščenje odpadne vode, imenovani Silicijeva dolina, čista voda v Redwoodu v Kaliforniji v bližini zaliva San Francisco. Podjetje podpirajo institucije, kot je Nacionalna znanstvena fundacija.
Nečistoče v kanalizaciji ali vsaj metan iz kanalizacije so bakterijska hrana. Čistilne naprave običajno požgejo metan ali ga izpravijo neposredno v zrak. Metan je močan toplogredni plin, ko ga izpustimo v ozračje, bo povzročil globalno segrevanje. Mangovi materiali ga hranijo z bakterijami.
Ta postopek se zaključi v fermentacijski cisterni, ki je poleg velikega jeklenega rezervoarja, napolnjenega s kanalizacijo. Mango inženir Allison pieja je pokazal svoj izum: videti je kot velik pivski sod s cevjo v njem, kot kapljica v žilo. "Tu se dogajajo čudeži," je dejala
"V fermentor nenehno dodajamo metan in kisik in spuščamo svojo" skrivno omako "v fermenter glede na način rasti bakterij," je dejala mikrobiologinja iz manga Allison pieja
"Skrivna omaka" je dodatek, ki ga je razvila ekipa za vzdrževanje tega procesa.
Sčasoma, ko so bakterije nahranile, je ekipa odprla fermentor, da bi dobila biopolimere. Sušijo ga in spremenijo v kroglico.
Do zdaj so zainteresiranim podjetjem poslali skoraj 2000 funtov biopolimerov. Njihov glavni ciljni trg je tekstil, čeprav pravijo, da se biopolimeri lahko uporabljajo tudi za pakiranje.
Te biopolimere lahko uporabimo za proizvodnjo pisanih svilenih niti, ki izgledajo kot "plastika" kot poliestrska vlakna. Upamo, da bo ta biopolimer vtkan v oblačila, ki bodo nadomestila plastiko v tekstilu.
Rokav oblačila iz biopolimera. Mangova ekipa sodeluje z več podjetji, da bi testirala učinkovitost svojih biopolimerov na tekstilu. Kreditna slika: Chris Joyce / NPR
Slabosti biopolimerov
Schauer-Gimenez je dejala, da bodo takšna oblačila razgradljiva, kar je ljudi prestrašilo: "O moj bog, nameravate narediti kopalke s svojimi materiali? Jaz grem v ocean, to mi bo biološko razgradilo telo!" Rekel sem: "Ne, ne, ni tako. ""
Da bi biopolimeri razgradili, potrebujejo pravo temperaturo in ustrezne bakterije, da jih prebavijo, postopek razgradnje pa zahteva nenehno izpostavljenost tedne ali mesece. Morse priznava, da bo trajalo dlje, če pogoji ne bodo primerni, na primer v suhi puščavi Arizone ali oceanskem dnu.
To je biopolimerov doslej prikrajšalo in nekatera biorazgradnja ni tako hitra, kot so obljubili.
John Weinstein, profesor biologije na grajski univerzi v Južni Karolini, je v mokrišča odložil vrečke iz koruznega polimera in ugotovil, da se razgradijo počasneje kot navadne plastične vrečke. "Ustvarili ste nov material, ampak kako se je pokvaril? Bil sem presenečen," je dejal o bioplastiki.
"Vse je v okoljskih razmerah," je dejal Ramani Narayan, kemijski inženir in strokovnjak za bioplastiko na Michigan State University. "Daljša je biološka razgradnja, daljši bodo odpadki. V tem obdobju bo to resno negativno vplivalo na okolje. Vpliv, to je nekaj, kar je treba skrbno razmisliti."
Ekipa Mango Materials pravi, da je njihov material biopolimer v obliki polihidroksialkanoata ali PHA. Za razliko od večine biopolimerov ne potrebuje recikliranja. Pod ustreznimi pogoji bo pripravljen čez mesec ali dva. Lahko se razgradi. Njihovi izdelki trenutno prestajajo neodvisno testiranje, da to potrdijo.
Morse priznava, da je treba narediti še veliko dela, da si utremo pot biopolimerom. Ljudi je pozvala, naj uporabljajo manj plastike in ponovno uporabljajo predmete, namesto da bi jih vrgli stran. Toda zasleduje svoje otroške sanje - najti nekaj boljšega od plastike.
"Tega ne bomo storili, razen če bomo prepričani, da je to rešitev velikega globalnega problema."
Onesnaženje plastike: kako to rešiti?
Trenutno je plastika še vedno bistvenega pomena v našem življenju, vendar je zaradi svoje počasne razgradnje povzročila vrsto onesnaževanja okolja. Za rešitev te težave moramo biti sposobni reciklirati plastiko v svojem življenju.
Drugič, z razvojem znanosti in tehnologije lahko ljudje najdejo načine za zmanjšanje onesnaževanja ali pa iz mikroorganizmov v naravi proizvedejo nove biomateriale.
Ne glede na to, kako pomembno je, da spodbujamo okolje in človeški razvoj.
