Ny videnskab bag biologisk nedbrydelige algebaserede flip-flops

Som verdens mest populære sko, flip-flops tegner sig for en bekymrende procentdel af plastaffald, der ender på lossepladser, på kyster og i vores oceaner. Forskere ved University of California San Diego har brugt mange år på at løse dette problem, og nu har de taget et skridt længere mod at udføre denne mission.

Holder fast ved deres kemi, forskerteamet formulerede polyurethanskum, fremstillet af algeolie, at opfylde kommercielle specifikationer for mellemsålssko og fod-seng af flip-flops. Resultaterne af deres undersøgelse er offentliggjort i Bioressource -teknologirapporter og beskrive teamets succesrige udvikling af disse bæredygtige, forbrugerparate og bionedbrydelige materialer.

Forskningen var et samarbejde mellem UC San Diego og opstartsvirksomheden Algenesis Materials - et materialevidenskabeligt og teknologisk firma. Projektet blev ledet af kandidatstuderende Natasha Gunawan fra laboratorierne til professorerne Michael Burkart (Afdeling for Fysiske Videnskaber) og Stephen Mayfield (Afdeling for Biologiske Videnskaber), og af Marissa Tessman fra Algenesis. Det er det seneste i en række af de seneste forskningspublikationer, der samlet set ifølge Burkart, tilbyde en komplet løsning på plastproblemet - i hvert fald for polyurethaner.

"Papiret viser, at vi har skum af kommerciel kvalitet, der nedbrydes biologisk i det naturlige miljø, "sagde Mayfield." Efter hundredvis af formuleringer, vi endelig opnået en, der opfyldte kommercielle specifikationer. Disse skum er 52 procent bioindhold - til sidst når vi 100 procent. ”

Udover at udtænke den rigtige formulering til skum af kommerciel kvalitet, forskerne arbejdede med Algenesis for ikke kun at lave skoene, men også at nedbryde dem. Mayfield bemærkede, at forskere har vist, at kommercielle produkter som polyestere, bioplast (PLA) og fossilt brændstof (PET) kan bionedbrydes, men kun i forbindelse med laboratorietest eller industriel kompostering.

"Vi ombyggede polyurethaner med biobaserede monomerer fra bunden for at opfylde de høje materialespecifikationer for sko, samtidig med at kemien er passende, i teorien, så skoene ville kunne nedbrydes biologisk, "Forklarede Mayfield.

Sætte deres skræddersyede skum på prøve ved at nedsænke dem i traditionel kompost og jord, teamet opdagede materialerne nedbrudt efter kun 16 uger. I nedbrydningsperioden at tage højde for enhver toksicitet, forskerne, ledet af UC San Diego's Skip Pomeroy, målte hvert molekyle, der udgik fra de biologisk nedbrydelige materialer. De identificerede også de organismer, der nedbrudte skummet.

"Vi tog enzymerne fra organismerne, der nedbryder skummet og viste, at vi kunne bruge dem til at depolymerisere disse polyurethanprodukter, og derefter identificeret de mellemliggende trin, der finder sted i processen, "sagde Mayfield, tilføjer, "Vi viste derefter, at vi kunne isolere de depolymeriserede produkter og bruge dem til at syntetisere nye polyurethanmonomerer, færdiggøre en 'bioloop'. "

Denne fulde genanvendelighed af kommercielle produkter er det næste skridt i videnskabsmandens igangværende mission med at løse de aktuelle produktions- og affaldshåndteringsproblemer, vi står over for med plast - som hvis ikke behandles, vil resultere i 96 milliarder tons plast på lossepladser eller det naturlige miljø inden 2050. Ifølge Pomeroy, denne miljøvenlige praksis begyndte for omkring 60 år siden med udviklingen af ​​plast.

"Hvis du kunne skrue uret tilbage og forestille dig, hvordan du kunne lave oliepolymerindustrien, ville du gøre det samme i dag, som vi gjorde det for mange år siden? Der flyder en flok plast i hvert hav på denne planet, der tyder på, at vi ikke skulle have gjort det på den måde, "bemærkede Pomeroy.

Mens det kommercielt var på vej til produktion, at gøre det økonomisk er et spørgsmål om skala, som forskerne arbejder med deres produktionspartnere.

"People are coming around on plastic ocean pollution and starting to demand products that can address what has become an environmental disaster, " said Tom Cooke, president of Algenesis. "We happen to be at the right place at the right time."

The team's efforts are also manifested in the establishment of the Center for Renewable Materials at UC San Diego. Begun by Burkart, Mayfield, Pomeroy and their co-founders Brian Palenik (Scripps Institution of Oceanography) and Larissa Podust (Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences), the center focuses on three major goals:the development of renewable and sustainable monomers made from algae and other biological sources; their formulation into polymers for diverse applications, the creation of synthetic biology platforms for the production of monomers and crosslinking components; and the development and understanding of biodegradation of renewable polymers.

"The life of material should be proportional to the life of the product, " said Mayfield. "We don't need material that sits around for 500 years on a product that you will only use for a year or two."