“第一种被证明不会产生微塑料的塑料”已经过测试

作者:保罗·麦克卢尔

植物基塑料在不到7个月的时间里几乎完全生物降解

一项新的研究报告称，即使被磨成微粒，97%的藻类塑料在七个月内也会在堆肥和水中生物降解。研究人员希望他们的塑料最终能取代现有的石油基塑料，因为石油基塑料对健康和环境的影响引起了人们的担忧。

近年来，人们对微塑料进行了大量的讨论和研究，微塑料是从日常塑料产品中脱落的微小的、几乎坚不可摧的碎片。大部分研究都集中在设计从环境中收集和去除微塑料的方法，以防止它们可能引起的健康问题。

在一项新的研究中，来自加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)和材料科学公司Algenesis的研究人员从另一个角度解决了这个问题，他们开发了一种基于植物的聚合物，即使被磨成微塑料，也能在七个月内生物降解。

“我们才刚刚开始了解微塑料的影响，”加州大学圣地亚哥分校化学和生物化学教授迈克尔·伯卡特(Michael Burkart)说，他是Algenesis的联合创始人，也是这项研究的作者之一。“我们正在努力寻找现有材料的替代品，并确保这些替代品在使用寿命结束时能够生物降解，而不是在环境中收集。这并不容易。”

生物降解是微生物将聚合物分解成更简单分子的过程。它要求聚合物含有化学键，这些化学键可以被微生物产生的塑料降解酶物理地接触到，并且这些微生物可以消耗聚合物分解时释放的分子。注意:所有的塑料都是聚合物，但并非所有的聚合物都是塑料。

“大约六年前，当我们第一次创造出这些基于藻类的聚合物时，我们的目的一直是让它完全可生物降解，”Robert Pomeroy说，他也是化学和生物化学教授，Algenesis的联合创始人和研究作者。“我们有大量数据表明，我们的材料正在消失在堆肥中，但这是我们第一次在微粒水平上进行测量。”

几年前，波默罗伊、伯卡特和分子生物学教授斯蒂芬·梅菲尔德(Stephen Mayfield)的一个将藻类转化为燃料的项目演变成了一项开发高性能可生物降解聚氨酯的探索。考虑到塑料来自石油，而石油来自藻类——毕竟这只是化石藻类油——研究人员开始直接从藻类油中制造塑料?由此产生的以藻类为基础的聚合物，被称为TPU-FC1，被用来制造世界上第一个可生物降解的鞋子。波默罗伊甚至写了一本关于他的藻类材料的书。

在目前的研究中，研究人员使用了一台装有80粒砂纸的砂带机来生产各种材料的微塑料，包括TPU-FC1。不同的砂带用于不同的物料，以防止交叉污染。他们使用不同的方法来测试微生物是否在消化微塑料。

首先，在与家庭堆肥相同的条件下，将微塑料放入天然含有微生物的堆肥中。90天后，对堆肥样品的检查显示，TPU-FC1微颗粒减少了68%，而EVA微颗粒的数量几乎没有变化。200天后，TPU-FC1样品中的微塑料颗粒计数比开始时减少了97% (EVA计数没有变化)。

石油基(EVA)和植物基(TPU-FC1)微塑料的颗粒计数表明，随着时间的推移，EVA几乎没有生物降解，而tpu大部分在第200天消失

石油基(EVA)和植物基(TPU-FC1)微塑料的颗粒计数表明，随着时间的推移，EVA几乎没有表现出生物降解，而tpu大部分在2002年圣地亚哥白天消失了

另一组含有相同微塑料和堆肥的样品被用来追踪二氧化碳水平，用呼吸计测量。当微生物分解堆肥时，它们会释放出气体。只有纤维素的样品作为内部控制来监测背景“二氧化碳演变”，这是一种测量堆肥中微生物活动的方法。纤维素在45天内达到75%的CO2释放，表明堆肥具有足够的活性。正如对不可生物降解材料的预期，EVA微粒在200天的实验中没有显示出二氧化碳的变化。TPU-FC1微塑料表现出明显的生物降解，在200天的时间点上达到76%的二氧化碳排放量。因此，呼吸测量证实了TPU-FC1的生物降解性，并证明了生物降解的一个结果是微塑料中的碳转化为二氧化碳。

由于塑料不溶于水，而且会漂浮，它们很容易从水面上被铲走，所以研究小组接下来通过将微塑料加入水中来测试它们。间隔90天和200天，几乎100%的EVA微塑料被回收，这意味着没有生物降解。相比之下，90天后，只有32%的TPU-FC1微粒被回收，200天后，只有3%的TPU-FC1微粒被回收，这表明97%的TPU-FC1微粒被生物降解。

对藻类塑料的化学分析检测到用于制造塑料的单体的存在，表明聚合物已被分解为其初始植物材料。进一步的分析发现，细菌能够利用TPU-FC1作为碳源，并证实它们能够分解它。

该研究的另一位作者斯蒂芬·梅菲尔德说:“这种材料是第一种被证明在我们使用时不会产生微塑料的塑料。”“这不仅仅是为产品最终生命周期和拥挤的垃圾填埋场提供可持续的解决方案。这实际上是不会让我们生病的塑料。”

使用传统的制造设备制造可生物降解的塑料一直具有挑战性，但Algenesis正在取得进展。该公司已与特瑞堡合作生产涂层织物，并与RhinoShield合作生产手机壳。

“当我们开始这项工作时，我们被告知这是不可能的，”Burkart说。“现在我们看到了一个不同的现实。还有很多工作要做，但我们想给人们带来希望。这是可能的。”

这项研究发表在《科学报告》杂志上。

来源:加州大学圣地亚哥分校