Каждый человек использует в среднем 30 кг пластика в год. Учитывая, что ожидаемая продолжительность жизни в мире в настоящее время составляет примерно 70 лет, каждый человек за свою жизнь выбросит около двух метрических тонн пластика. Умножьте это на число людей на земле, которое постоянно растет, и общее количество будет ошеломляющим. В свете этого Франческо Стеллаччи, профессор и руководитель Лаборатории супрамолекулярных наноматериалов и интерфейсов Инженерной школы EPFL, задумался о том, есть ли способ решить проблему использованных пластиков и более эффективно их перерабатывать. Stellacci наладил сотрудничество с профессором Себастьяном Дж. Мерклом в Институте биоинженерии в EPFL, и они решили совместно консультировать аспирантку Симоне Джавери. Команда опубликовала свои выводы, основанные на научных исследованиях, в Advanced Materials.
Изучив существующие варианты переработки пластика, инженеры решили придумать совершенно новый подход. «Когда мы используем биоразлагаемые пластмассы, в процессе разложения остаются остатки, которые необходимо складировать или захоранивать. Чем больше земли выделяется для этого, тем меньше земли доступно для сельского хозяйства, и существуют экологические последствия, которые необходимо обязательно учитывать в качестве продукта биоразложения. изменить экосистему района», - говорит Стеллаччи. Так как же найти комплексное решение проблемы переработки пластика? Часть ответа вполне может исходить от самой природы.
Жемчужное ожерелье
Белки - одно из основных органических соединений, из которых состоит наш мир. Подобно ДНК, они являются частью семейства полимеров; белки представляют собой длинные цепочки молекул или мономеров, известных как аминокислоты. «Белок подобен нитке жемчуга, где каждая жемчужина представляет собой аминокислоту. Каждая жемчужина имеет свой цвет, и последовательность цветов определяет структуру нити и, следовательно, ее свойства. В природе белковые цепи распадаются на составляющие аминокислоты. кислоты и клетки соединяют такие аминокислоты вместе, чтобы сформировать новые белки, то есть они создают новые нити жемчуга с другой цветовой последовательностью», - говорит Джавери.
В лаборатории Джавери сначала попытался воспроизвести этот естественный цикл вне живых организмов. «Мы выбрали белки и разделили их на аминокислоты. Затем мы поместили аминокислоты в бесклеточную биологическую систему, которая собрала аминокислоты обратно в новые белки с совершенно другой структурой и назначением», - объясняет он. Например, Джавери и Стеллаччи успешно превратили шелк в белок, используемый в биомедицинских технологиях.«Важно то, что когда вы расщепляете и собираете белки таким образом, качество получаемых белков точно такое же, как у вновь синтезированных белков. Действительно, вы строите что-то новое», - говорит Стеллаччи.
Пластик тоже полимер
Так какая же связь между сборкой белка и переработкой пластика? Поскольку оба соединения являются полимерами, механизмы, встречающиеся в природе в белках, могут быть применены и к пластмассам. Хотя эта аналогия может показаться многообещающей, Стеллаччи предупреждает, что разработка таких методов не произойдет в одночасье. «Это потребует радикально другого мышления. Полимеры - это нити жемчуга, но синтетические полимеры состоят в основном из жемчужин одного цвета, и когда цвет отличается, последовательность цветов редко имеет значение. Кроме того, у нас нет эффективного способа собрать синтетические полимеры из разноцветных жемчужин таким образом, чтобы контролировать их последовательность». Однако он также отметил бы, что этот новый подход к переработке пластика, по-видимому, является единственным, который действительно придерживается постулата экономики замкнутого цикла.«В будущем устойчивое развитие повлечет за собой доведение переработки до крайности, объединение множества разных предметов и переработку смеси для производства нового материала каждый день. Природа уже делает это», - заключает он.