Ученые разработали биоразлагаемые шлепанцы из водорослей

Фото из открытых источников

Ученые-материаловеды создали биоразлагаемые шлепанцы из водорослей, чтобы уменьшить количество вредных пластиковых отходов, попадающих в наши океаны. Созданный ими пенополиуретан полностью соответствует коммерческим спецификациям для шлепанцев и другой обуви, обычно сделанной из гибкого пластика.  

Дешевые и доступные вьетнамки, самая популярная обувь в мире, обычно используются в течение короткого периода времени и выбрасываются после нескольких использований из-за хлипких материалов. После выбрасывания шлепанцы разлагаются за сотни лет и могут попасть в океаны, убивая морскую жизнь и загрязняя источники воды. 

Новый же материал разлагается в компосте и почве  через 16 недель, а это означает, что он разрушится еще до попадания в океан или вскоре после этого. 

Пена отвечает коммерческим требованиям к стельке шлепанцев, а также к амортизирующей межподошве обуви. «Срок службы материала должен быть пропорционален сроку службы продукта - нам не нужен материал, который прослужит около 500 лет для продукта, который вы будете использовать только год или два», - сказал Стивен Мэйфилд из Калифорнийского университета. 

За последние 50 лет человечество произвело более 6 миллиардов метрических тонн пластиковых отходов. Из них только около 9 процентов было переработано, 12 процентов сожжено, а 79 процентов осталось для накопления на свалках или в естественной среде. 

По некоторым оценкам, на ряде островов в Индийском океане шлепанцы и другая простая обувь составляют около 25% океанского пластикового мусора. Поэтому и возникла идея разработки полиуретановых продуктов, которые могут биоразлагаться в естественной среде.    

В результате исследователи сформировали пенополиуретан, сделанный из масла водорослей. Масла, извлеченные из водорослей, которые быстро растут в условиях фотосинтеза, обладают уникальными метаболическими путями для производства углеводородов, которые могут быть преобразованы в химические вещества для производства пластмасс. 

В настоящее время ученым удалось добиться того, что материал на 52% состоит из биоматериала, но они надеются добиться их 100-% содержания. Пока же вторая часть полиуретана производится из так называемого изоцианата, который получают из нефти. «Несмотря на то, что изоцианат поступает из нефти, он все еще поддается биологическому разложению и съедается микроорганизмами, разлагавшимися на молекулы», - отмечают ученые.

Исследователи использовали масло, чтобы сделать стельку сандалии, мягкую часть под ступней и подошву, более твердую часть, обращенную к земле. Ремешок также сделан из биоразлагаемого материала. Пена безвредна для морских обитателей, которые часто заглатывают пластик, приняв его за добычу, что имеет фатальные последствия.

Для проверки кубики пены инкубировали в двух разных средах - компосте и почве, чтобы подвергнуть их воздействию микроорганизмов, которые могут быть найдены в естественных условиях. Кубики взвешивали и испытывали на сжатие перед инкубацией в контейнерах, заполненных компостом или почвенным материалом, и помещали при 30 ° C при постоянной высокой влажности. Набор контрольных кубиков также был протестирован в тех же условиях инкубации, чтобы подтвердить, что физическое разложение произошло в результате воздействия компоста или почвы, а не просто высокой влажности. 

В итоге выяснилось, что масса и устойчивость кубиков компоста и почвы к силе ухудшились всего за 12 недель до разложения через 16 недель. Во время периода разложения, чтобы учесть любую токсичность, ученые измерили каждую молекулу, выделяемую из биоразлагаемых материалов, и идентифицировали организмы, которые разлагали пену. 

Бактерии и грибки деполимеризовали полиуретановый продукт, то есть разрушили полимерные связи, которые придают пене твердую структуру. Бактерии смогли выжить, используя полиуретан в качестве единственного источника углерода. Затем деполимеризованные продукты могут быть изолированы и снова использованы для синтеза полученного жидкого полиуретана обратно в твердое вещество, эффективно рециклируя его.  

Согласно предыдущим исследованиям, если текущие тенденции в области производства и управления отходами сохранятся, к 2050 году примерно 96 миллиардов тонн пластиковых отходов будут на свалках или в естественной среде. Эта экологически вредная практика началась около 60 лет назад с разработкой пластмасс. 

«В каждом океане на этой планете плавает куча пластика, что говорит о том, что мы не должны были делать это таким образом», - подчеркнули исследователи. В настоящее время материаловеды работают над коммерческим экономичным производством пеноматериалов.