Negli ultimi anni, le persone sono sempre più consapevoli dell'importanza dell'ambiente ecologico e si rendono conto che lo sviluppo economico non può essere raggiunto a scapito dell'ambiente ecologico, poiché l'ambiente naturale è la base materiale per la sopravvivenza e la riproduzione umana e la protezione e il miglioramento dell'ambiente naturale è il prerequisito per la sopravvivenza e lo sviluppo umano.
Secondo uno studio pubblicato nelle relazioni scientifiche del 19 marzo 2020, l'apertura di imballaggi in plastica (come sacchetti e bottiglie di plastica al cioccolato) nel lavoro quotidiano può produrre una piccola quantità di piccole particelle di plastica lunghe meno di 5 mm, vale a dire le microplastiche.
Allo stato attuale, la ricerca non è stata chiara sui rischi e sulla possibile tossicità che portano e su come sono assorbiti dagli esseri umani, e la ricerca successiva è necessaria per gli esseri umani.
Dalla ricerca di cui sopra, la plastica di tutti i giorni può portare microplastiche che possono essere dannose per la salute. Tuttavia, ci sono più controversie sulla plastica.
Oggi parleremo della relazione tra plastica e microrganismi, uno dei principali inquinanti ambientali, e discuteremo di come utilizzare i microrganismi per risolvere il problema dell'inquinamento da plastica. Si spera che questo documento possa dare qualche spunto alle industrie rilevanti e ai professionisti scientifici e tecnologici e ricordare ai lettori di prestare attenzione alla protezione ambientale.
Vantaggi e svantaggi della plastica
Negli anni '50, con l'avvento dell '"era della plastica", la tecnologia di costruzione ha subito enormi cambiamenti. Lo sviluppo dell'industria dei combustibili fossili ha portato una vasta gamma di materie plastiche, dai materiali isolanti ai materiali meccanici per i rivestimenti, tutti i tipi di materiali sono cambiati. Oggi, la plastica è ancora una parte onnipresente di ogni componente dell'edificio.
Non è solo architettura, in realtà è plastica ovunque. La plastica può essere trovata nei vestiti che indossiamo, nelle case in cui viviamo e nelle macchine che guidiamo. La plastica può essere trovata anche nella TV che guardiamo, nei computer che utilizziamo e negli strumenti che utilizziamo. Le persone usano prodotti di plastica in vari luoghi per rendere la vita più comoda, più sicura e piacevole.
In realtà, la materia prima della plastica proviene principalmente dal petrolio o dal gas naturale, il che causerà molti problemi. Ad esempio, le risorse petrolifere sono molto limitate. Ad esempio, nel processo di estrazione e raffinazione del petrolio, è molto facile causare inquinamento. Oltre all'inquinamento standard causato dal processo di estrazione e raffinazione, esiste il potenziale per gravi incidenti ecologici come la massiccia fuoriuscita di petrolio lungo la costa del Golfo nel 2010.
D'altra parte, durante la produzione di materie plastiche vengono rilasciati prodotti chimici tossici. Molte sostanze chimiche dannose saranno prodotte insieme alla fabbricazione di materie plastiche, e quindi entreranno inevitabilmente e distruggeranno il nostro ecosistema attraverso l'acqua, il suolo e l'aria. Molte di queste sostanze chimiche sono inquinanti organici persistenti, una delle tossine più distruttive sulla terra.
Inoltre, la plastica è difficile da degradare. Alcuni sacchetti e bottiglie di plastica possono attraversare centinaia, migliaia o addirittura milioni di anni senza degrado, poiché la maggior parte dei microrganismi in natura non usa la plastica come cibo, quindi non la decompone.
Tuttavia, alcuni nuovi microbi scoperti di recente potrebbero aiutarci a risolvere questo problema.
Nuovi batteri aiutano a degradare la plastica
Il polistirolo è il componente chiave dei prodotti in plastica usa e getta come bicchieri usa e getta, stoviglie, giocattoli e materiali di imballaggio. Allo stato attuale, la produzione e il consumo di polistirolo in vari settori stanno aumentando esponenzialmente, il che rappresenta una grande minaccia per l'ambiente e la bassa efficienza dell'utilizzo dei rifiuti aggrava questo problema.
Secondo le statistiche delle Nazioni Unite, ogni anno nel mondo vengono prodotti circa 300 milioni di tonnellate di rifiuti di plastica, di cui solo il 10% circa viene riciclato. Si stima che l'India consumi circa 16,5 milioni di tonnellate di plastica all'anno. AIPMA stima che l'industria delle materie plastiche produca circa 14 milioni di tonnellate di polistirolo, tutte non degradabili.
Di recente, il Primo Ministro dell'India ha annunciato che entro il 2022, i prodotti di plastica usa e getta non saranno più utilizzati in India, che rappresenta un quinto dei prodotti di plastica giornalieri, quindi questa iniziativa avrà un grande significato in India.
Di recente, tuttavia, il team di Richa priyadarshini dell'Università SHIV nadar di Grand Noida, Uttar Pradesh, India, ha scoperto due tipi di batteri "plastica commestibile" dalle zone umide di Grand Noida, che potrebbero fornire un'alternativa ambientale per risolvere la crisi dell'inquinamento da plastica.
I due batteri isolati dal team sono il ceppo exiguobacterium dr11 e il ceppo exiguobacterium undae dr14. La ricerca mostra che hanno il potenziale per decomporre il polistirolo.
"I nostri dati mostrano che i batteri estremofili, exiguobacterium, possono degradare il polistirolo e possono essere ulteriormente utilizzati per ridurre l'inquinamento ambientale causato dalla plastica", ha detto priyadarshini
"Le zone umide sono uno degli habitat più diversi per i microrganismi, ma sono relativamente inesplorate", ha detto priyadarshini. Pertanto, questi ecosistemi sono i luoghi ideali per isolare i batteri con nuove applicazioni biotecnologiche. "
Il polistirene ha un alto peso molecolare e una struttura polimerica a catena lunga e ha buone prestazioni anti-degradazione. Ecco perché persistono nell'ambiente, secondo una ricerca pubblicata sulla rivista RSC.
Il team ha scoperto che quando i due batteri isolati sono entrati in contatto con la plastica (polistirolo), lo hanno usato come fonte di carbonio e lo hanno usato per produrre biofilm. Ciò modifica le proprietà fisiche del polistirolo e avvia un processo di degrado naturale. Quindi, i batteri possono distruggere la catena polimerica rilasciando idrolasi.
Al momento, il team sta cercando di valutare il processo metabolico di questi ceppi al fine di utilizzarli nel biorisanamento ambientale.
"Quando stavamo facendo ricerche scientifiche sulle zone umide del campus, abbiamo inavvertitamente trovato batteri nella" plastica commestibile "", ha dichiarato Rupamanjari Ghosh, vice presidente dell'Università SHIV di Nadar. Questa è una soluzione relativamente ideale per rompere il degrado naturale delle materie plastiche ed eseguire la biodegradazione. "
Priyadarshini ha aggiunto: "All'inizio abbiamo solo esplorato l'area per capire le specie batteriche in queste aree, ma alla fine abbiamo isolato molte specie batteriche con usi unici".
Ha sottolineato che con la scoperta di nuovi ceppi con biodegradabilità della plastica, si possono anche scoprire nuovi enzimi e potenziali vie metaboliche, che contribuiranno al futuro biorisanamento.
I ricercatori sottolineano che entrambi i batteri possono costruire biofilm sulla superficie del polistirolo. Il biofilm è una raccolta di cellule batteriche, sotto forma di comunità di aggregazione, per raggiungere una densità cellulare molto elevata, che porta a un ruolo più forte degli enzimi che degradano i polimeri.
Priyadarshini ha dichiarato: "Il polistirene è difficile da degradare. Prima della biodegradazione, è necessaria una qualche forma di pretrattamento, come chimica, termica e fotoossidazione".
Dr11 e dr14 possono non solo formare biofilm su polistirolo non trattato, ma anche degradare materie plastiche non modificate.
Priyadarshini ha anche affermato: "negli ultimi anni la dipendenza delle persone dai prodotti in plastica è notevolmente aumentata, il che ha portato a una grande quantità di accumulo di plastica nell'ambiente e ha un impatto negativo sull'ecosistema. Pertanto, le persone hanno bisogno di metodi sostenibili di degrado plastico. "
Oltre a provare a degradare la plastica, ci sono molte persone che cercano nuovi materiali in grado di sostituire la plastica e degradarla.
Da sinistra a destra: Anne Schauer Gimenez, Allison pieja e Molly Morse di materiali di mango. Accanto a loro c'è il serbatoio di fermentazione del biopolimero dell'impianto di depurazione vicino alla baia di San Francisco, che fornisce ai batteri il metano di cui hanno bisogno per produrre bioplastiche. Fonte fotografica: Chris Joyce / NPR
Biopolimeri per sostituire la plastica
Una start-up della Silicon Valley sta cercando di estrarre la plastica dai vestiti e quindi aggiungere qualcos'altro, un polimero biodegradabile che sostituisce la plastica.
Il polimero è una molecola a catena lunga composta da molte stesse unità. Questo tipo di materiale è spesso più resistente ed elastico. La plastica è un polimero fatto di prodotti petroliferi. Tuttavia, in natura, spesso compaiono biopolimeri come la cellulosa nel legno o la seta dei bachi da seta. Sono diversi dalla plastica in quanto possono essere decomposti in sostanze naturali.
Molly Morse spera di produrre biopolimeri in grado di sostituire alcune materie plastiche. Dirige una piccola azienda chiamata materiali di mango. Il mango è il suo frutto preferito. Spera che il nome della sua compagnia suonerà diverso dalle altre società tecnologiche nell'area della baia.
"Non siamo una tipica startup della Silicon Valley, produciamo polimeri in un impianto di trattamento delle acque reflue, non siamo un gruppo di persone che codificano in un garage", ha detto Morse
Quindi, come produce bioplastiche in un impianto di trattamento delle acque reflue?
Morse ha detto che è iniziato quando era alle elementari. Andò in un acquario e inciampò in una mostra, una simulazione di immondizia di plastica che galleggiava nell'oceano.
Ha ricordato: "c'è un pesce super enorme come una struttura con gusci di vongole, proprio come la plastica espansa di McDonalds. Sono rimasto sorpreso, completamente spaventato. Questa mostra ha cambiato la mia vita. Penso che sia ridicolo. Voglio cambiarlo."
Di conseguenza, Morse ha perseguito il suo sogno e ottenuto il suo dottorato di ricerca. in ingegneria ambientale presso la Stanford University. In una conferenza scientifica del 2006, incontrò un'altra giovane ingegnere, Anne Schauer Gimenez. "Non credo che inizieremo a parlare di come farlo fino alle 4 del mattino", ha detto Schauer - Gimenez
Il processo consiste nell'utilizzare i batteri per produrre biopolimeri.
Alcuni batteri sono in grado di nutrirsi di metano e produrre i propri biopolimeri, specialmente se li nutri bene, produrranno e accumuleranno più biopolimeri. "Se ingrassiamo mangiando troppo gelato o cioccolato, il grasso nei nostri corpi si accumulerà e così anche i batteri", spiega Morse
Per produrre biopolimeri, i batteri hanno bisogno di molto cibo. Ecco perché i materiali di mango hanno costruito un sito in un impianto di trattamento delle acque reflue chiamato Silicon Valley acqua pulita a Redwood, in California, vicino alla baia di San Francisco. La società è supportata da istituzioni come la National Science Foundation.
Le impurità nelle acque reflue, o almeno il gas metano proveniente dalle acque reflue, sono alimenti batterici. Gli impianti di trattamento di solito bruciano il metano o lo scaricano direttamente nell'aria. Il metano è un potente gas a effetto serra, quando viene scaricato nell'atmosfera, causerà il riscaldamento globale. I materiali di mango lo alimentano con i batteri.
Questo processo è completato in un serbatoio di fermentazione, che si trova accanto a un grande serbatoio in acciaio riempito di liquami. L'ingegnere di mango Allison pieja ha mostrato la sua invenzione: sembra una grande botte di birra con dentro un tubo, come una goccia in una vena. "Questo è dove accadono i miracoli", ha detto
"Aggiungiamo costantemente metano e ossigeno al fermentatore e rilasciamo la nostra" salsa segreta "nel fermentatore in base al modo in cui i batteri crescono", ha dichiarato Allison pieja, un microbiologo del mango
"Salsa segreta" è un additivo sviluppato dal team per mantenere questo processo.
Alla fine, quando i batteri furono ingrassati, il team aprì il fermentatore per ottenere biopolimeri. Lo asciugano e lo trasformano in una palla.
Finora hanno spedito quasi 2000 libbre di biopolimeri alle aziende interessate. Il loro principale mercato di riferimento è quello dei tessili, sebbene affermino che i biopolimeri possono essere utilizzati anche per l'imballaggio.
Questi biopolimeri possono essere utilizzati per produrre fili di seta colorati che sembrano "plastica" come le fibre di poliestere. Si spera che questo biopolimero venga tessuto nei vestiti per sostituire la plastica nei tessuti.
Manica di vestiti in biopolimero. Il team Mango sta lavorando con diverse aziende per testare l'efficacia dei loro biopolimeri sui tessuti. Credito d'immagine: Chris Joyce / NPR
Svantaggi dei biopolimeri
Schauer-Gimenez ha detto che tali abiti sarebbero degradabili, il che ha spaventato la gente: "Oh mio Dio, hai intenzione di fare un costume da bagno con i tuoi materiali? Sto andando verso l'oceano, mi biodegraderà Corpo!" Ho detto, "No, no, non è così. '"
Per degradarsi, i biopolimeri necessitano della giusta temperatura e dei batteri corrispondenti per digerirli e il processo di degradazione richiede un'esposizione continua per settimane o mesi. Morse riconosce che ci vorrà più tempo se le condizioni non sono appropriate, come nel deserto dell'Arizona o nel fondo dell'oceano.
Questo è uno svantaggio dei biopolimeri finora e una certa biodegradazione non è così veloce come hanno promesso.
John Weinstein, professore di biologia alla Castle University della Carolina del Sud, mise sacchetti di polimero di mais nelle zone umide e scoprì che si degradano più lentamente dei normali sacchetti di plastica. "Hai creato un nuovo materiale, ma come si è rotto? Sono rimasto sorpreso", ha detto delle bioplastiche.
"Si tratta di condizioni ambientali", ha dichiarato Ramani Narayan, ingegnere chimico ed esperto di bioplastiche presso la Michigan State University. "Più lunga è la biodegradazione, più a lungo esisteranno i rifiuti. Durante questo periodo, avrà un grave impatto negativo sull'ambiente. Impatto, questo è qualcosa che necessita di un'attenta considerazione."
Il team di Mango Materials afferma che il loro materiale è un biopolimero sotto forma di poliidrossialcanoato o PHA. A differenza della maggior parte dei biopolimeri, non richiede riciclaggio. In condizioni appropriate, sarà pronto tra un mese o due. Può essere biodegradato. I loro prodotti sono attualmente sottoposti a test indipendenti per confermarlo.
Morse riconosce che resta ancora molto da fare per spianare la strada ai biopolimeri. Ha esortato le persone a usare meno plastica e riutilizzare gli oggetti invece di buttarli via. Ma sta inseguendo il suo sogno d'infanzia: trovare qualcosa di meglio della plastica.
"Non lo faremo a meno che non siamo convinti che questa sia una soluzione a un enorme problema globale".
Inquinamento plastico: come risolverlo?
Allo stato attuale, la plastica è ancora essenziale nella nostra vita, ma a causa del suo lento degrado, ha portato a una serie di inquinamento ambientale. Per risolvere questo problema, dobbiamo essere in grado di riciclare la plastica nella nostra vita.
In secondo luogo, con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, le persone possono trovare modi per ridurre l'inquinamento o produrre nuovi biomateriali anziché materie plastiche dai microrganismi in natura.
Non importa in quale modo, è importante favorire l'ambiente e lo sviluppo umano.
