Problem odpadów z tworzyw sztucznych jest powszechnym problemem ludzkości.
Spacerując wzdłuż wybrzeża, nierzadko można zobaczyć plastikowe torby, butelki i inne plastikowe odpady. Ponieważ plastik jest trwały, nie ulega rozkładowi w środowisku naturalnym i często przedostaje się do morza. Może mieć to bardzo negatywny wpływ na zdrowie np. ryb, które zjadają plastik, myląc go z pokarmem. Profesor Tadahisa Iwata z Uniwersytetu Tokijskiego opracował tworzywo sztuczne, które jest „wytrzymałe podczas użytkowania i rozkłada się po spełnieniu swojej roli" zupełnie jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki. Naukowcy wierzą, że może się to przyczynić nie tylko do rozwiązania problemu odpadów z tworzyw sztucznych, ale także do zmiany przyszłości różnych dziedzin, takich jak np. medycyna i rolnictwo.
Kluczem są enzymy
Laboratorium profesora Tadahisy Iwaty na Uniwersytecie Tokijskim kontynuuje badania nad rozkładem tworzyw sztucznych przy użyciu substancji przypominającej „biały proszek". Ten biały proszek jest enzymem. Został odkryty w pewnej pleśni i dobrze radzi sobie w rozkładaniu plastiku.
Obecnie na świecie opracowuje się wiele różnych tworzyw biodegradowalnych. Biodegradowalne tworzywo sztuczne wykonane z kwasu polimlekowego, które jest szeroko rozpowszechnione w Japonii, wymaga temperatury 60°C i wilgotności 60%, aby mogło się rozłożyć. Takie warunki w świecie przyrody praktycznie nie istnieją, a jeśli plastik zostanie zrzucony do rzek lub morza, szanse na jego rozkład będą bardzo małe. Pomysł pana Iwaty polega na wcześniejszym uwięzieniu wspomnianego enzymu w plastiku.
Gdy plastik zostanie wyrzucony do rzeki czy morza i połamie się, woda dostanie się do jego wnętrza. Wówczas dotąd uśpione wewnątrz enzymy wejdą w reakcję z wodą i rozpocznie się proces rozkładu.
Teoria Pana Iwaty na papierze wyglądała bardzo obiecująco. Wprowadził więc plan w życie i przeprowadził eksperyment. Gdy przeciął nożyczkami plastikową folię, w której znajdował się enzym, i zanurzył ją w wodzie morskiej…
Degradacja zaczęła postępować z powodzeniem. Zaobserwowano również, że im drobniejsza była folia, tym szybciej szybciej ulegała rozkładowi.
„Od początku wierzyłem, że się uda, ale dopiero gdy uczniowie przeprowadzili eksperyment i powiedzieli: «Proszę pana, to działa!», wówczas naprawdę poczułem, że to ma sens”.
Jest wytrzymałe podczas użytkowania, a kiedy spełni swoje zadanie, samo zaczyna się rozkładać, jakby ktoś wyłączył je guzikiem. Oto narodziny „tworzywa marzeń".
Badania, które nie ujrzały światła dziennego
O problemie z plastikiem i odpadami z tworzyw sztucznych mówi się jako o problemie społecznym od lat 70. ubiegłego wieku, a wiele instytutów badawczych i firm, w tym uniwersytetów, zaczęło rozwijać technologię, próbując rozwiązać problem odpadów. Jednak im bardziej starają się oni doprowadzić do rozkładu plastiku, tym trudniej jest zachować wytrzymałość oryginalnego tworzywa. Ze względu na fakt, że nie jest ono zbyt odporne na ciepło i zdarzało się, że rozpuszczało się podczas przechowywania, twórcy przyznawali, że choć tworzywa biodegradowalne mają niezwykłe właściwości, to jednak nie nadają się do wykorzystania jako trwałe materiały.
Pan Iwata początkowo studiował na wydziale rolnictwa, gdzie zajmował się tworzywami sztucznymi wytwarzanymi z komponentów drewnianych. Wkroczył jednak na nowe pole, gdy poznał Pana Yoshiharu Doi, który jest liderem w dziedzinie badań nad tworzywami biodegradowalnymi. Pan Iwata wybrał więc stromą drogę z Wydziału Rolnictwa do świata inżynierii, a nawet – świata tworzyw biodegradowalnych. W tamtych czasach uważano, że nie mają one dużej perspektywy na posiadanie praktycznego zastosowania. Wielu kolegów badaczy było zaniepokojonych taką zmianą ścieżki kariery Pana Iwaty. On jednak wytrwale kontynuował swoje badania.
„Dla naukowca ważne powinno być to, aby poświęcać się czemuś, co, nawet w niewielkim stopniu, uważa się za znaczące i niezwracanie uwagi na to, jak ocenia to otoczenie”.
Rezultaty jego wysiłków właśnie zaczynają kiełkować.
Pierwotnym zamysłem produkcji tworzyw sztucznych była ochrona zwierząt
Kontynuując swoje badania, Iwata doszedł do wniosku, że problem plastiku jest „problemem ludzi", ponieważ to ludzie go stworzyli i muszą się teraz z nim uporać. Plastik bowiem, pierwotnie został wyprodukowany, aby chronić zwierzęta.
Na przykład kule bilardowe były dawniej wykonywane z kości słoniowej. Ludzie zabili wiele słoni dla ich wyprodukowania. Aby zapobiec takim działaniom, naukowcy zaczęli pracować nad wynalezieniem tworzyw sztucznych.
„Uważam, że tworzywa sztuczne zostały stworzone, aby chronić zwierzęta i środowisko” – mówi Pan Iwata.
Zamiast traktować zużyty plastik jako „śmieć", kontynuuje on badania wierząc, że ludzie są odpowiedzialni za to, aby znaleźć sposób na „wykorzystanie plastiku do samego końca”.
Medycyna a tworzywa biodegradowalne – oczekiwania
Trwają prace nad wykorzystaniem właściwości tworzyw biodegradowalnych w medycynie. Prace nad projektem prowadzi Mitsuhiro Ebara, pracownik naukowy Narodowego Instytutu Nauki o Materiałach (Tsukuba, prefektura Ibaraki).
Pan Ebara skupił się na zespole cieśni nadgarstka – chorobie, w której dochodzi do ucisku nerwów w ręce. Gdy stan chorego się pogarsza, konieczna jest operacja usunięcia tkanki wokół nerwu. Aby po operacji podawać leki na chore miejsce, pan Ebara opracował specjalny arkusz z biodegradowalnego tworzywa sztucznego zawierający składniki lecznicze. Na koniec operacji umieszcza się go wokół uszkodzonego nerwu, aby zamknąć ranę. Lek, który stopniowo wydostaje się z arkusza, dociera bezpośrednio do chorego miejsca, a sam materiał ulega rozkładowi w organizmie.
Ponoć później zostaje on wydalony z organizmu z moczem lub w inny sposób. Materiał z którego wykonany jest taki arkusz został zaakceptowany przez Amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA) i jest już stosowany w niektórych produktach wszczepianych do ciała.
Podczas zabiegu chirurgicznego rana jest zamykana po nałożeniu na koniec plastikowego arkusza. Dzięki temu leki mogą być dostarczane bezpośrednio do chorego obszaru przez około sześć miesięcy. Ten innowacyjny materiał, oparty na technologii tworzyw biodegradowalnych, jest obecnie poddawany badaniom klinicznym i oczekuje się, aż będzie można zastosować go w praktyce.
Biodegradowalne tworzywa sztuczne leczą raka
Takie tworzywa medyczne są również stosowane w leczeniu nowotworów. Dzięki umieszczeniu arkusza zawierającego lek przeciwnowotworowy na obszarze objętym chorobą, lek może być dostarczony bezpośrednio do komórek nowotworowych.
Ponadto prowadzone są obecnie badania nad możliwością zabijania komórek nowotworowych poprzez podgrzewanie takiego arkusza.
„Chcę wykorzystać technologię tworzyw sztucznych do ratowania życia. Aby to osiągnąć, muszą być miękkie, aby nie bolały po włożeniu do ciała. Muszą być też zdolne do podawania leków i wreszcie muszą ulegać rozkładowi. Wszystkie te cechy muszą być zgrane w czasie. Kluczem jest tu chemia polimerów" – mówi Pan Ebara.
Aby materiały mogły rozkładać się wszędzie – w wodzie czy pod ziemią
Naukowcy zajmujący się tworzywami sztucznymi, w tym Tadahisa Iwata, próbują opracować różne „włączniki rozkładu", aby rozwiązać problem odpadów z tworzyw sztucznych pozostających w środowisku. Usiłują oni wykorzystać warunki środowiskowe, takie jak np. ciśnienie wody, zasolenie, światło, temperatura i pH, jako czynniki wyzwalające uruchomienie włącznika rozkładu.
Na przykład rozważa się zastosowanie „włącznika ciśnienia wody" w przypadku zerwanych sieci rybackich, co do których istnieje obawa, że opadną na dno morskie i staną się odpadami z tworzyw sztucznych. Prowadzone są więc badania nad opracowaniem mechanizmu, dzięki któremu sieć nie rozpadnie się pod wpływem ciśnienia wody na głębokości, na której zwykle prowadzi się połowy, a proces rozkładu włączy się dopiero, gdy sieć opadnie na dno morskie i zostanie poddana określonemu ciśnieniu wody.
Ustawa o recyklingu zasobów tworzyw sztucznych, która wchodzi w życie w tym miesiącu, nakłada na firmy i inne podmioty obowiązek ograniczania wyrobów z tworzyw sztucznych.
„Walka z odpadami z tworzyw sztucznych to przede wszystkim zbiórka, odzysk i recykling w możliwie jak największym stopniu. Jednak bez względu na to, jak bardzo będziemy się starali zbierać śmieci, na pewno część z nich przedostanie się do środowiska naturalnego w trakcie procesu zbierania. Dlatego potrzebne są tworzywa sztuczne ulegające biodegradacji, które rozłożą się po przedostaniu się do środowiska” – mówi Pan Iwata.
W przyszłości liczy się, że około 20% wszystkich tworzyw sztucznych zostanie zastąpionych tworzywami biodegradowalnymi, tak aby żadne tworzywo sztuczne nie pozostawało w środowisku naturalnym.
„Z tworzyw sztucznych, takich jak polietylen i polipropylen, wykonuje się np. maseczki do walki z nowymi odmianami koronawirusa, a także większość sprzętu medycznego. Dlatego tworzywa sztuczne są w naszym społeczeństwie absolutną koniecznością. Jednak kwestia, czy materiał będzie «zły» czy «dobry», zależy od tego, jak my – ludzie – traktujemy tworzywa sztuczne. Myślę, że do tego właśnie się to sprowadza. Nadal pozostaje wiele problemów do rozwiązania, ale jeśli naukowcy połączą swoją wiedzę i przeprowadzą badania i eksperymenty, to jestem pewien, że uda się znaleźć rozwiązanie. Uważam, że ważne jest, aby nie ustawać w dążeniach i nie ulegać ocenom społeczeństwa. Po prostu robić to, co do nas należy”.
