- Vědci vyvinuli unikátní plast, který se rozkládá pomocí bakteriálních spor
- Rozklad konkrétně probíhá pomocí bakterie Bacillus
- Bakterie dokáže běžný plastový produkt o velikosti PET lahve rozložit během jednoho týdne
Svět se dnes potýká s jedním z největších environmentálních problémů moderní doby – závislostí na plastech. Plasty, které byly kdysi považovány za revoluční materiál pro svou odolnost, lehkost a všestrannost, se staly hrozbou pro životní prostředí. Nejenže se rozkládají velmi pomalu, ale navíc se z nich postupně uvolňují mikroplasty, které ohrožují zdraví ekosystémů i živých organismů, včetně člověka. Nové výzkumy ukazují, že mikroplasty pronikají do lidského těla a mohou se hromadit v různých orgánech.
Vzhledem k těmto negativním dopadům se vědci po celém světě snaží najít nové způsoby, jak naši závislost na plastech snížit, případně jak vyvinout materiály, které by byly šetrnější k životnímu prostředí. Jedním z inovativních řešení, které se nyní dostává do popředí, je vývoj biologicky rozložitelných plastů, které by mohly drasticky snížit zátěž plastového odpadu.
Výzkum biologicky rozložitelných plastů
Tým vědců z Ústavu pokročilých technologií Čínské akademie věd v Šen-čenu nedávno přišel s průlomovým konceptem biologicky rozložitelného plastu, který by mohl zásadně změnit způsob, jakým se nakládá s plastovým odpadem. Tento plast obsahuje spory bakterií, které jsou schopné plast rozložit, když je dosaženo určitých podmínek.
Spory bakterií jsou v tomto plastu uloženy v neaktivním stavu během jeho používání. Jakmile však dojde na potřebu likvidace plastového výrobku, bakterie se mohou aktivovat a začít plast „konzumovat“, což vede k jeho rozkladu. Tento koncept je mimořádně zajímavý, protože bakterie ve formě spor mohou přežít extrémně nepříznivé podmínky prostředí a zůstat neaktivní, dokud nejsou vystaveny správnému spouštěči aktivace.
Mechanismus fungování živého plastu
Vědci se zaměřili na výběr vhodného typu bakterie, která by byla schopna plast efektivně rozkládat. Pro tento účel si zvolili bakterii Bacillus subtilis. Tato bakterie se přirozeně vyskytuje v půdě a ve vegetaci. Bacillus subtilis je známá svou schopností tvořit spory (klidové stádium), které jí umožňují přežít nepříznivé podmínky, jako je nedostatek živin, extrémní teploty, sucho nebo vystavení UV záření. Bakterie byla geneticky upravena tak, aby produkovala enzym lipázu BC. Tento enzym, který se přirozeně nachází v bakterii Burkholderia cepacia, je klíčový pro schopnost bakterie rozkládat plastové materiály.
Tým výzkumníků následně spory bakterií zkombinoval s plastovými částicemi polykaprolaktonu (PCL), čímž vznikl nový typ pevného plastu. Plastový materiál PCL byl zpracován při vysokých teplotách, které jsou běžné při výrobě plastových produktů. Tento krok je zásadní pro vytvoření pevného a stabilního plastu, který se chová jako běžný plast a lze ho používat stejně jako jiné plastové výrobky. Například může být formován do lahví, kontejnerů nebo jiných běžných výrobků.
Běžně by vysoké teploty během zpracování mohly poškodit biologické složky, jako jsou bakterie nebo jejich spory, což by znemožnilo jejich pozdější aktivaci. Spory Bacillus subtilis jsou však díky své přirozené odolnosti schopny přežít i velmi vysoké teploty (až 300 °C), které jsou použity při tavení a tvarování PCL. Tato odolnost je jedním z klíčových faktorů, který umožňuje úspěšnou výrobu tohoto typu biologicky rozložitelného plastu.
Jak aktivovat bakterie v plastu?
Plastové PET lahve jsou vystaveny účinkům specifických enzymů, které „probudí“ spory bakterií. Jakmile jsou bakterie aktivovány, začnou plast postupně rozkládat. Podle výzkumníků trvá přibližně 6–7 dní, než bakterie zcela rozloží například plastový kontejner. Další možností je aktivace bakterií rozbitím plastu. Při mechanickém narušení materiálu se bakterie aktivují a rozklad plastu může trvat 25 až 30 dní po jeho zakopání do půdy. Tento proces je mnohem rychlejší než rozklad běžných plastů, například PCL, který se obvykle rozkládá přibližně 55 dní.
Životaschopnost živého plastu
Jednou z klíčových otázek byla životaschopnost plastu během jeho běžného používání. Výzkumníci otestovali odolnost tohoto „živého plastu“ tím, že ho ponořili na dva měsíce do Spritu. Výsledky ukázaly, že plast si zachoval svůj tvar i vlastnosti, což dokazuje, že tento typ plastu je vhodný pro běžné použití, dokud není vystaven podmínkám, které aktivují bakterie.
Výzkum se nezastavil jen u PCL. Tým profesorů experimentoval s dalšími typy plastů, včetně polybutylénsukcinátu (PBS), polybutylenadipát-ko-tereftalátu (PBAT), kyseliny polymléčné (PLA), polyhydroxyalkanoátů (PHA), a dokonce polyethylentereftalátu (PET). V těchto experimentech se podařilo bakterie aktivovat po mechanickém rozmělnění plastů, což ukazuje na potenciál technologie pro širší použití.
Přestože se jedná o průlomový krok směrem k řešení problému plastového odpadu, stále zbývá mnoho výzev. Jednou z nich je hromadná výroba tohoto typu plastů a jejich komerční aplikace. Další otázkou je, jak zajistit, aby se bakterie aktivovaly pouze v požadovaném čase a prostředí, a ne během běžného používání produktů.
Pokud se však tyto překážky podaří překonat, biologicky rozložitelné plasty by mohly výrazně přispět k ochraně životního prostředí a snížení závislosti na konvenčních, dlouhodobě nerozložitelných plastech.
