Блог

Feb 07, 2024

Крахмал, добавленный в биополимер PLA, повышает компостируемость

Размещено сотрудниками | 7 августа 2023 г. · Исследователи из Школы упаковки Мичиганского государственного университета разработали многообещающую и экологически чистую альтернативу, позволяющую сделать пластики на основе нефти более биоразлагаемыми. А

Размещено сотрудниками | 07 августа 2023 г.

Исследователи из Школы упаковки Мичиганского государственного университета разработали многообещающую, экологически чистую альтернативу, позволяющую сделать пластики на основе нефти более биоразлагаемыми.

Команда под руководством Рафаэля Аураса создала полимерную смесь на биологической основе, которую можно компостировать как в домашних, так и в промышленных условиях. Работа опубликована в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

«В США и во всем мире существует серьезная проблема с отходами, особенно с пластиковыми отходами», — говорит Аурас, профессор МГУ и заведующий кафедрой устойчивого развития упаковки Amcor Endowed.

«Разрабатывая биоразлагаемые и компостируемые продукты, мы можем перенаправить часть этих отходов», — сказал Аурас. «Мы можем уменьшить количество мусора, попадающего на свалку».

Еще одним преимуществом является то, что пластик, предназначенный для компостной корзины, не нужно будет очищать от пищевых загрязнений, что является серьезным препятствием для эффективной переработки пластика. Предприятиям по переработке отходов обычно приходится выбирать между тратой времени, воды и энергии на очистку грязных пластиковых отходов или их простым выбрасыванием.

«Представьте, что у вас есть чашка кофе или поднос для микроволновой печи с томатным соусом», — говорит Аурас. «Вам не нужно будет их ополаскивать или стирать, вы можете просто компостировать».

Команда работала с полимолочной кислотой или PLA, которая во многих отношениях кажется очевидным выбором. Используемый в упаковке более десяти лет, он получен из растительных сахаров, а не из нефти.

При правильном обращении все побочные продукты PLA являются натуральными: вода, углекислый газ и молочная кислота.

Кроме того, исследователи знают, что PLA может биоразлагаться в промышленных компостерах. Эти компостеры создают условия, такие как более высокие температуры, которые более способствуют расщеплению биопластика, чем домашние компостеры.

Тем не менее, идея сделать PLA биоразлагаемым в домашних условиях некоторым показалась невозможной.

«Я помню, как люди смеялись над идеей разработки домашнего компостирования из PLA в качестве альтернативы», — говорит Пуджа Майекар, аспирант из лабораторной группы Аураса и первый автор нового отчета. «Это потому, что микробы не могут нормально атаковать и потреблять PLA. Его необходимо разбить до такой степени, чтобы они могли использовать его в качестве еды». На фотографии слева Мейкар работает с биореактором в лаборатории.

Хотя установки промышленного компоста могут довести PLA до этой точки, это не значит, что они делают это быстро или полностью.

«На самом деле, многие промышленные производители компостеров до сих пор избегают использования биопластиков, таких как PLA», — говорит Аурас.

В экспериментах, проведенных при поддержке Министерства сельского хозяйства США и AgBioResearch MSU, команда показала, что проходит 20 дней, прежде чем микробы начнут переваривать PLA в условиях промышленного компостирования.

Чтобы избавиться от этой задержки и обеспечить возможность домашнего компостирования, Аурас и его команда интегрировали в PLA полученный из углеводов материал, называемый термопластичным крахмалом. Помимо других преимуществ, крахмал дает микробам компостирования то, что им легче переваривать, в то время как PLA разлагается.

«Когда мы говорим о добавлении крахмала, это не означает, что мы просто продолжаем добавлять крахмал в матрицу PLA», — говорит Мейекар. «Речь шла о попытке найти золотую середину с крахмалом, чтобы PLA лучше разлагался, не ставя под угрозу другие свои свойства».

К счастью, исследователь Анибал Бер уже разрабатывал различные смеси PLA и термопластичного крахмала, чтобы наблюдать, как они сохраняют прочность, прозрачность и другие желаемые характеристики обычных пленок PLA.

Работая с докторантом Ванварангом Лимсуконом, Бер и Мейекар смогли наблюдать, как эти разные пленки разрушались в процессе компостирования, когда оно проводилось в разных условиях.

«Различные материалы по-разному подвергаются гидролизу в начале процесса и биоразложению в конце», — говорит Лимсукон. «Мы работаем над отслеживанием всего пути».

Команда провела эти эксперименты, используя системы, которые Аурас и сотрудники лаборатории, бывшие и нынешние, в основном построили с нуля за 19 лет работы в МГУ. Оборудование, к которому исследователи имеют доступ за пределами своей лаборатории в Школе упаковки, также имеет значение.