Pēdējos gados cilvēki arvien vairāk apzinās ekoloģiskās vides nozīmi un saprot, ka ekonomisko attīstību nevar panākt uz ekoloģiskas vides rēķina, jo dabiskā vide ir materiālais pamats cilvēku izdzīvošanai un pavairošanai, kā arī aizsardzībai. dabiskās vides uzlabošana ir cilvēka izdzīvošanas un attīstības priekšnoteikums.
Saskaņā ar pētījumu, kas publicēts zinātniskos ziņojumos 2020. gada 19. martā, atverot plastmasas iesaiņojumus (piemēram, šokolādes plastmasas maisiņus un pudeles) ikdienas darbā, iespējams, rodas neliels daudzums mazu plastmasas daļiņu, kas ir īsākas par 5 mm, proti, mikroplastmasas.
Pašlaik pētījumos nav skaidrības par riskiem un iespējamo toksicitāti, ko tie rada, un par to, kā tos absorbē cilvēki, un nākamie pētījumi ir nepieciešami cilvēkiem.
No iepriekšminētajiem pētījumiem ikdienas plastmasa var radīt mikroplastmasu, kas var būt kaitīga veselībai. Tomēr par plastmasu ir vairāk strīdu.
Šodien mēs runāsim par plastmasas un mikroorganismu attiecībām, kas ir viens no galvenajiem vides piesārņojumiem, un diskutēsim par to, kā izmantot mikroorganismus plastmasas piesārņojuma problēmas risināšanai. Cerams, ka šis raksts sniegs iedvesmu attiecīgajām nozarēm un zinātnes un tehnoloģijas praktiķiem un atgādinās lasītājiem pievērst uzmanību vides aizsardzībai.
Plastmasas priekšrocības un trūkumi
Piecdesmitajos gados, iestājoties "plastmasas laikmetam", celtniecības tehnoloģija ir piedzīvojusi milzīgas izmaiņas. Fosilā kurināmā rūpniecības attīstība ir devusi plašu plastmasas klāstu, sākot no izolācijas materiāliem līdz mehāniskiem materiāliem līdz pārklājumiem, ir mainījušies visu veidu materiāli. Mūsdienās plastmasa joprojām ir visu ēku sastāvdaļu visuresoša sastāvdaļa.
Tā nav tikai arhitektūra, tā faktiski ir plastmasa visur. Plastmasu var atrast drēbēs, kuras mēs valkājam, mājās, kurās dzīvojam, un automašīnās, kuras mēs braucam. Plastmasu var atrast arī televizorā, kuru skatāmies, datoros, kurus mēs izmantojam, un instrumentos, kurus mēs izmantojam. Cilvēki dažādās vietās izmanto plastmasas izstrādājumus, lai padarītu dzīvi ērtāku, drošāku un patīkamāku.
Bet faktiski plastmasas izejvielas galvenokārt nāk no naftas vai dabasgāzes, kas radīs daudz problēmu. Piemēram, naftas resursi ir ļoti ierobežoti. Piemēram, naftas ieguves un rafinēšanas procesā ir ļoti viegli izraisīt piesārņojumu. Papildus parastajam piesārņojumam, ko izraisa ieguves un rafinēšanas procesi, pastāv arī nopietnu ekoloģisko postījumu negadījumu iespējamība, piemēram, masveida naftas noplūde līča piekrastē 2010. gadā.
No otras puses, plastmasas ražošanas laikā izdalās toksiskas ķīmiskas vielas. Kopā ar plastmasas ražošanu tiks ražots daudz kaitīgu ķīmisku vielu, kas neizbēgami ienāks un iznīcinās mūsu ekosistēmu caur ūdeni, augsni un gaisu. Daudzas no šīm ķīmiskajām vielām ir noturīgi organiskie piesārņotāji, kas ir viens no viskaitīgākajiem toksīniem uz zemes.
Turklāt plastmasu ir grūti noārdīt. Daži plastmasas maisiņi un pudeles bez sadalīšanās var iziet simtiem, tūkstošiem vai pat miljoniem gadu, jo lielākā daļa dabā esošo mikroorganismu neizmanto plastmasu kā pārtiku, tāpēc viņi to nesadalīs.
Tomēr daži jauni mikrobi, kas nesen atklāti, var mums palīdzēt atrisināt šo problēmu.
Jaunas baktērijas palīdz plastmasai noārdīties
Polistirols ir vienreizlietojamu plastmasas izstrādājumu, piemēram, vienreizējās lietošanas tasīšu, galda trauku, rotaļlietu un iepakojuma materiālu galvenā sastāvdaļa. Pašlaik polistirola ražošana un patēriņš dažādās nozarēs palielinās eksponenciāli, kas rada nopietnus draudus videi, un zemā atkritumu utilizācijas efektivitāte šo problēmu saasina.
Saskaņā ar Apvienoto Nāciju statistiku, katru gadu pasaulē tiek saražoti apmēram 300 miljoni tonnu plastmasas atkritumu, no kuriem tikai aptuveni 10% tiek pārstrādāti. Tiek lēsts, ka Indija gadā patērē apmēram 16,5 miljonus tonnu plastmasas. AIPMA lēš, ka plastmasas rūpniecība saražo apmēram 14 miljonus tonnu polistirola, kas visi nav noārdāmi.
Nesen Indijas premjerministrs paziņoja, ka līdz 2022. gadam Indijā vairs netiks izmantoti vienreizlietojami plastmasas izstrādājumi, kas veido vienu piekto daļu no ikdienas plastmasas izstrādājumiem, tāpēc šai iniciatīvai būs liela nozīme Indijā.
Nesen, tomēr, Richa priyadarshini komanda no SHIV nadaras universitātes Grand Noida, Uttar Pradesh, Indija, atklāja divu veidu "ēdamās plastmasas" baktērijas no mitrāja Grand Noida, kas var būt alternatīva videi, lai atrisinātu plastmasas piesārņojuma krīzi.
Divas grupas izdalītās baktērijas ir eksiguobacterium celms dr11 un eksiguobacterium undae celms dr14. Pētījumi rāda, ka tiem ir potenciāls sadalīt polistirolu.
"Mūsu dati rāda faktu, ka ekstremofīlās baktērijas, eksiguobacterium, var noārdīt polistirolu un tos var tālāk izmantot, lai samazinātu plastmasas radīto vides piesārņojumu," sacīja priyadarshini.
"Mitrāji ir viens no daudzveidīgākajiem mikroorganismu biotopiem, taču tie ir salīdzinoši neizpētīti," sacīja priyadarshini. Tāpēc šīs ekosistēmas ir ideālas vietas baktēriju izolēšanai ar jaunu biotehnoloģisko pielietojumu. "
Polistirolam ir augsta molekulmasa un garas ķēdes polimēra struktūra, un tam ir labas antidegradācijas īpašības. Tāpēc viņi saglabājas vidē, liecina pētījumi, kas publicēti žurnālā RSC.
Komanda atklāja, ka tad, kad abas izolētās baktērijas nonāca saskarē ar plastmasu (polistirolu), viņi to izmantoja kā oglekļa avotu un izmantoja bioplēvju izgatavošanai. Tas maina polistirola fizikālās īpašības un sāk dabisku noārdīšanās procesu. Tad baktērijas var iznīcināt polimēru ķēdi, atbrīvojot hidrolāzi.
Pašlaik komanda mēģina novērtēt šo celmu metabolisma procesu, lai tos izmantotu vides bioremediācijā.
"Veicot zinātniskos pētījumus pilsētiņas mitrājos, mēs nejauši atradām baktērijas" ēdamajā plastmasā "," sacīja rupamanjari Ghosh, SHIV Nadaras universitātes viceprezidents. Tas ir salīdzinoši ideāls risinājums, lai izjauktu plastmasas dabisko noārdīšanos un veiktu bioloģisko noārdīšanos. "
Priyadarshini piebilda: "Sākumā mēs izpētījām tikai apgabalu, lai saprastu baktēriju sugas šajos apgabalos, bet galu galā izolēja daudzas baktēriju sugas ar unikālu pielietojumu."
Viņa norādīja, ka, atklājot jaunus celmus ar plastmasas bioloģisko noārdīšanos, var tikt atklāti arī jauni fermenti un potenciālie metabolisma ceļi, kas veicinās turpmāko bioremediāciju.
Pētnieki norāda, ka abas baktērijas uz polistirola virsmas var veidot bioplēves. Bioplēve ir baktēriju šūnu kolekcija agregācijas kopienas formā, lai sasniegtu ļoti augstu šūnu blīvumu, kas noved pie tā, ka polimērus noārdošie fermenti spēlē spēcīgāku lomu.
Priyadarshini sacīja: "polistirolu ir grūti noārdīt. Pirms bioloģiskās noārdīšanās ir nepieciešama kāda veida pirmapstrāde, piemēram, ķīmiska, termiska un fotooksidācija."
Dr11 un dr14 var ne tikai veidot bioplēvi uz neapstrādāta polistirola, bet arī noārdīt nemodificētu plastmasu.
Priyadarshini arī sacīja: "pēdējos gados cilvēku atkarība no plastmasas izstrādājumiem ir ievērojami palielinājusies, kas ir izraisījis lielu plastmasas uzkrāšanos vidē un negatīvi ietekmē ekosistēmu. Tāpēc cilvēkiem ir vajadzīgas ilgtspējīgas plastmasas noārdīšanās metodes. "
Papildus mēģinājumiem noārdīt plastmasu, daudzi cilvēki meklē jaunus materiālus, kas var aizstāt plastmasu un to noārdīt.
No kreisās: Anne Schauer Gimenez, Allison pieja un Molly Morse no mango materiāliem. Blakus viņiem atrodas notekūdeņu attīrīšanas iekārtas biopolimēru fermentācijas tvertne netālu no Sanfrancisko līča, kas nodrošina baktērijas ar metānu, kas nepieciešams bioplastmasas ražošanai. Foto avots: Kriss Džoiss / NPR
Biopolimēri plastmasas aizstāšanai
Silikona ielejas uzņēmums mēģina no drēbēm izvilkt plastmasu un pēc tam pievienot kaut ko citu - bioloģiski noārdāmu polimēru, kas aizstāj plastmasu.
Polimērs ir garas ķēdes molekula, kas sastāv no daudzām vienādām vienībām. Šāda veida materiāls bieži ir izturīgāks un elastīgāks. Plastmasa ir polimērs, kas izgatavots no naftas produktiem. Tomēr dabā bieži parādās tādi biopolimēri kā celuloze kokā vai zīdtārpiņu zīds. Tie atšķiras no plastmasas ar to, ka tos var sadalīt dabīgās vielās.
Molly Morse cer izgatavot biopolimērus, kas var aizstāt dažas plastmasas. Viņa vada nelielu uzņēmumu, ko sauc par mango materiāliem. Mango ir viņas iecienītākie augļi. Viņa cer, ka viņas uzņēmuma nosaukums izklausīsies atšķirīgs no citiem tehnoloģiju uzņēmumiem līča apkārtnē.
"Mēs neesam tipiski Silīcija ielejas jaunuzņēmumi, mēs ražojam polimērus notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, mēs neesam cilvēku bariņš, kas kodē garāžā," sacīja Morse
Tātad, kā viņa veido bioplastmasu notekūdeņu attīrīšanas iekārtā?
Morze sacīja, ka tas sākās, kad viņa mācījās pamatskolā. Viņa devās uz akvāriju un paklupusi uz izstādi, okeānā peldošās plastmasas miskastes simulāciju.
Viņa atgādināja: "Ir super milzīgas zivis, piemēram, struktūra ar gliemeņu čaumalām, tāpat kā McDonalds putuplasta plastmasa. Es biju satriekts, pilnīgi nobijies. Šī izstāde ir mainījusi manu dzīvi. Manuprāt, tas ir smieklīgi. Es gribu to mainīt."
Tā rezultātā Morē ir īstenojis savu sapni un ieguvis doktora grādu. vides inženierijā no Stenfordas universitātes. Zinātniskā konferencē 2006. gadā viņa tikās ar citu jauno inženieri Anne Schauer Gimenez. "Es nedomāju, ka mēs sāksim runāt par to, kā to izdarīt līdz aptuveni pulksten četriem rītā," sacīja Šauers - Gimenezs
Process ir baktēriju izmantošana biopolimēru iegūšanai.
Dažas baktērijas spēj baroties ar metānu un izgatavot savus biopolimērus, it īpaši, ja jūs tos labi barojat, tie ražos un uzkrās vairāk biopolimēru. "Ja mums rodas tauki, ēdot pārāk daudz saldējuma vai šokolādes, tad tauki mūsu ķermenī uzkrājas, tāpat arī baktērijas," skaidro Morse
Lai izgatavotu biopolimērus, baktērijām ir nepieciešams daudz pārtikas. Tāpēc mango materiāli ir izveidojuši vietu notekūdeņu attīrīšanas iekārtā, ko sauc par Silīcija ielejas tīru ūdeni Redwoodā, Kalifornijā, netālu no Sanfrancisko līča. Uzņēmumu atbalsta tādas institūcijas kā Nacionālais zinātnes fonds.
Notekūdeņu piemaisījumi vai vismaz notekūdeņu metāna gāze ir baktēriju pārtika. Apstrādes iekārtas parasti metānu sadedzina vai izvada tieši gaisā. Metāns ir spēcīga siltumnīcefekta gāze, kad tas izplūst atmosfērā, tas izraisīs globālo sasilšanu. Mango materiāli to baro baktērijām.
Šis process tiek pabeigts fermentācijas tvertnē, kas atrodas blakus lielai tērauda tvertnei, kas piepildīta ar notekūdeņiem. Mango inženieris Allison pieja parādīja viņu izgudrojumu: tas izskatās kā liela alus muca ar caurulīti tajā, piemēram, kā piliens vēnā. "Šeit notiek brīnumi," viņa sacīja
"Mēs pastāvīgi pievienojam fermentētājam metānu un skābekli un iemetam fermenterī savu“ slepeno mērci ”atbilstoši baktēriju augšanas veidam," sacīja Allgo pieja, mikrobioloģe Mango
"Slepena mērce" ir piedeva, ko komanda izstrādājusi, lai uzturētu šo procesu.
Galu galā, kad baktērijas tika nobarotas, komanda atvēra fermentētāju, lai iegūtu biopolimērus. Viņi to nosusina un pārvērš bumbiņā.
Līdz šim viņi ieinteresētajiem uzņēmumiem ir nosūtījuši gandrīz 2000 mārciņu biopolimēru. Viņu galvenais mērķa tirgus ir tekstilizstrādājumi, lai gan viņi saka, ka biopolimērus var izmantot arī iesaiņošanai.
Šos biopolimērus var izmantot krāsainu zīda diegu ražošanai, kas izskatās un jūtas kā “plastmasa” kā poliestera šķiedras. Ir cerība, ka šis biopolimērs tiks ieausti apģērbā, lai aizstātu plastmasu tekstilizstrādājumos.
No biopolimēra izgatavotu drēbju piedurkne. Mango komanda sadarbojas ar vairākiem uzņēmumiem, lai pārbaudītu to biopolimēru efektivitāti tekstilizstrādājumos. Attēla kredīts: Kriss Džoiss / NPR
Biopolimēru trūkumi
Schauer-Gimenez teica, ka šādas drēbes būtu noārdāmas, kas biedēja cilvēkus: "Ak, dievs, tu plāno ar saviem materiāliem uztaisīt peldkostīmu? Es dodos uz okeānu, tas man bioloģiski noārdīs ķermeni!" Es teicu: "Nē, nē, tas nav tāds. '"
Lai noārdītos, biopolimēriem nepieciešama pareiza temperatūra un atbilstošās baktērijas, lai tos sagremotu, un sadalīšanās procesam nepieciešama nepārtraukta iedarbība nedēļām vai mēnešiem. Moršs atzīst, ka tas prasīs ilgāku laiku, ja apstākļi nebūs piemēroti, piemēram, sausajā Arizonas tuksnesī vai okeāna dibenā.
Tas līdz šim ir biopolimēru trūkums, un zināma bioloģiskā noārdīšanās nav tik ātra, kā viņi solīja.
Dienvidkarolīnas Pils universitātes bioloģijas profesors Džons Veinšteins mitrājos ievietoja maisus, kas izgatavoti no kukurūzas polimēra, un atklāja, ka tie sadalās lēnāk nekā parastie plastmasas maisiņi. "Jūs izveidojāt jaunu materiālu, bet kā tas sadalījās? Es biju pārsteigts," viņš teica par bioplastiku.
"Tas viss attiecas uz vides apstākļiem," sacīja Mičiganas štata universitātes ķīmijas inženieris un bioplastmasas eksperts Ramani Narajans. "Jo ilgāka bioloģiskā noārdīšanās, jo ilgāk atkritumi pastāvēs. Šajā periodā tam būs nopietna negatīva ietekme uz vidi. Ietekme ir tas, kas ir rūpīgi jāizvērtē."
Mango Materials komanda saka, ka viņu materiāls ir biopolimērs polihidroksialkanoāta vai PHA formā. Atšķirībā no vairuma biopolimēru tas nav jāpārstrādā. Atbilstošos apstākļos tas būs gatavs pēc mēneša vai diviem. Var bioloģiski sadalīties. Viņu produkti pašlaik tiek pārbaudīti neatkarīgi, lai to apstiprinātu.
Moršs atzīst, ka vēl daudz darāmā, lai sagatavotu ceļu biopolimēriem. Viņa mudināja cilvēkus izmantot mazāk plastmasas un atkārtoti izmantot priekšmetus, nevis tos izmest. Bet viņa īsteno savu bērnības sapni - atrast kaut ko labāku par plastmasu.
"Mēs to nedarīsim, ja nebūsim pārliecināti, ka tas ir risinājums milzīgai globālai problēmai."
Plastmasas piesārņojums: kā to atrisināt?
Pašlaik plastmasa joprojām ir būtiska mūsu dzīvē, taču lēnas noārdīšanās dēļ tā ir izraisījusi virkni vides piesārņojuma. Lai atrisinātu šo problēmu, mums dzīvē jāspēj pārstrādāt plastmasa.
Otrkārt, attīstoties zinātnei un tehnoloģijai, cilvēki var atrast veidus, kā samazināt piesārņojumu vai ražot jaunus biomateriālus, nevis plastmasu no dabā esošajiem mikroorganismiem.
Neatkarīgi no tā, cik svarīgi, tas ir labvēlīgs videi un cilvēka attīstībai.
