Το πολυαιθυλένιο είναι γνωστό για τις θερμομηχανικές του ιδιότητες που το καθιστούν ιδανικό για μία σειρά εφαρμογών, αλλά η μη δυνατότητα βιοαποικοδόμησης του, παραμένει μία πρόκληση.
Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Konstanz στη Γερμανία, αντιμετώπισε επιτυχώς αυτό το ζήτημα, δημιουργώντας ένα πλαστικό που έχει παρόμοιες θερμοπλαστικές ιδιότητες με το πολυαιθυλένιο, αλλά είναι βιοδιασπώμενο. Το νέο υλικό είναι ένας ημικρυσταλλικός πολυεστέρας που μπορεί να υποστεί πλήρη διάσπαση στα αρχικά συστατικά του μέσω ήπιων χημικών ή βιολογικών διεργασιών, όπως περιγράφεται στη μελέτη της ομάδας που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Angewandte Chemie.
Το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE) είναι ένα ιδιαίτερα ισχυρό και ανθεκτικό υλικό. Οφείλει τις θερμοπλαστικές του ιδιότητες στην εσωτερική δομή των μοριακών αλυσίδων του, οι οποίες είναι διατεταγμένες με κρυσταλλικό τρόπο, ενώ οι μεταξύ τους δεσμοί είναι ισχυροί λόγω των δυνάμεων van der Waals. Επιπλέον, αυτές οι μοριακές αλυσίδες είναι καθαροί υδρογονάνθρακες. Ο συνδυασμός κρυσταλλικότητας και περιεκτικότητας σε καθαρούς υδρογονάνθρακες σημαίνει ότι οι μικροοργανισμοί, οι οποίοι θα μπορούσαν να αποικοδομήσουν το πλαστικό, δεν μπορούν να έχουν πρόσβαση στις αλυσίδες για να τις διασπάσουν.
Η ερευνητική ομάδα του Stefan Mecking και των συνεργατών του, στο Πανεπιστήμιο της Konstanz, ανέπτυξαν έναν πολυεστέρα που έχει παρόμοια κρυσταλλικότητα με το HDPE αλλά διατηρεί επίσης τις εξαιρετικές μηχανικές του ιδιότητες. Σε αντίθεση με το πολυαιθυλένιο, οι πολυεστέρες περιέχουν επίσης λειτουργικές ομάδες που θεωρητικά θα μπορούσαν να αποικοδομηθούν χημικά ή ενζυματικά. Ωστόσο, υπό κανονικές συνθήκες, όσο πιο κρυσταλλικός είναι ένας πολυεστέρας (δηλαδή, όσο πιο παρόμοιος με το HDPE), τόσο λιγότερο εύκολα μπορεί να βιοαποικοδομηθεί.
Ως εκ τούτου, η ομάδα αντιμετώπισε με έκπληξη την ταχύτητα με την οποία αποικοδομήθηκε ο κρυσταλλικός πολυεστέρας τους όταν εκτέθηκε σε ένζυμα. «Δοκιμάσαμε την αποικοδόμηση με φυσικά ένζυμα και ήταν μια τάξη μεγέθους ταχύτερη από ό,τι στο υλικό αναφοράς μας», εξηγεί ο Mecking. Δεν ήταν όμως μόνο τα ένζυμα ικανά να αποικοδομήσουν το υλικό. Εδαφικοί μικροοργανισμοί ήταν επίσης σε θέση να κομποστοποιήσουν πλήρως τον πολυεστέρα.
Τι είναι όμως αυτό που κάνει αυτόν τον πολυεστέρα τόσο εξαιρετικά βιοδιασπώμενο; Η ερευνητική ομάδα κατάφερε να εντοπίσει τη σημαντική συμβολή της αιθυλενογλυκόλης, ενός από τα δομικά στοιχεία του πολυεστέρα. Ο Mecking πρόσθεσε: «Αυτό το δομικό στοιχείο είναι πραγματικά πολύ κοινό στους πολυεστέρες. Παρέχει υψηλό σημείο τήξης αλλά αυξάνει επίσης την ικανότητα αποικοδόμησης αυτών των υλικών που μοιάζουν με το πολυαιθυλένιο».
Λόγω του καλού βαθμού χημικής και βιολογικής αποικοδόμησής του, σε συνδυασμό με τις μηχανικές του ιδιότητες, ο νέος πολυεστέρας θα μπορούσε να βρει εφαρμογές ως ανακυκλώσιμο θερμοπλαστικό υλικό με ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Ο τελικός στόχος είναι η χημική ανακύκλωση κλειστού βρόχου για τη διάσπαση του πλαστικού στις πρώτες ύλες του και την παραγωγή νέων πλαστικών, προσθέτει ο Mecking. Το πρόσθετο πλεονέκτημα του πλαστικού που ανακάλυψε η ερευνητική ομάδα είναι ότι, αν κάποια υλικά εισχωρήσουν στο περιβάλλον, παρά τον κλειστό αυτό βρόχο, μπορούν να βιοαποικοδομηθούν, μειώνοντας τις σχετικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
Πηγή: scitechdaily.com
