Вдохновленные природными полимерами, такими как ДНК, химики разработали способ создания пластика, который разлагается, когда он больше не нужен, а не загрязняет окружающую среду.
Ежегодно мы выбрасываем сотни миллионов тонн пластика Cavan Images/Alamy
Химические добавки к пластику, имитирующие природные полимеры, такие как ДНК, могут создавать материалы, которые разлагаются за дни, месяцы или годы, а не загрязняют окружающую среду веками. Исследователи надеются, что их новая технология позволит создавать пластиковые изделия, которые будут выполнять своё предназначение и затем безопасно самоуничтожаться.
В 2022 году во всем мире было выброшено более четверти миллиарда тонн пластика, и только 14% было переработано – остальное было либо сожжено, либо захоронено. Перспектива создания практичного биоразлагаемого пластика существует уже как минимум 35 лет, и предпринимались попытки производить такие материалы из самых разных материалов – от бамбука до морских водорослей. Но, по правде говоря, многие из таких материалов сложно компостировать, а их производители делают нереалистичные заявления.
Реклама
В настоящее время Ювэй Гу и его коллеги из Ратгерского университета штата Нью-Джерси разрабатывают технологию создания пластика с точно рассчитанным сроком службы, который может быстро разлагаться либо в компосте, либо в естественной среде.
Гу задался вопросом, почему натуральные длинноцепочечные полимеры, такие как ДНК и РНК, могут разрушаться относительно быстро, а синтетические, такие как пластик, — нет, и есть ли способ воспроизвести этот процесс.
Природные полимеры содержат химические структуры, называемые соседними группами, которые способствуют деконструкции. Эти структуры обеспечивают внутренние реакции, называемые нуклеофильными атаками, которые разрывают связи в полимерных цепях, что в случае обычных пластиков требует значительных энергетических затрат.
Гу и его команда создали искусственные химические структуры, имитирующие эти соседние группы, и добавляли их при производстве новых пластиков. Они обнаружили, что полученный материал легко разрушается, и, изменяя структуру добавок, можно точно регулировать время, в течение которого материал остаётся целым до разрушения.
После того как пластик разлагается, длинные полимерные цепи преобразуются в мелкие фрагменты, которые, как надеется Гу, либо будут использованы для производства новых пластмасс, либо безопасно растворятся в окружающей среде.
«Эта стратегия лучше всего подходит для пластиков, которые разлагаются контролируемым образом в течение нескольких дней или месяцев, поэтому мы видим большой потенциал для таких применений, как упаковка пищевых продуктов и другие недолговечные потребительские материалы», — говорит Гу. «В настоящее время она менее подходит для пластиков, которые должны сохранять стабильность в течение десятилетий, прежде чем разложиться, например, строительных материалов или долговечных конструкционных элементов».
Однако прежде чем этот тип пластика можно будет использовать в коммерческих целях, необходимо решить ряд проблем. Жидкость, остающаяся после деконструкции пластика, состоит из фрагментов полимерных цепей, и необходимы дополнительные испытания, чтобы убедиться, что эта смесь нетоксична и, следовательно, может быть безопасно выброшена в природу.
Кроме того, для начала деконструкции сейчас необходим ультрафиолетовый свет, хотя естественного солнечного света вполне достаточно. Поэтому, пока группа не найдёт способы создания материалов, способных разлагаться в темноте, любой захороненный или иным образом накрытый пластик будет оставаться в окружающей среде практически бесконечно.
Природная химия DOI: 10.1038/s41557-025-02007-3
Источник: www.newscientist.com
