A műanyagok újrahasznosításának szükségessége és a rengeteg hulladék problémája nemcsak a tudósokat, hanem a hétköznapi embereket is foglalkoztatja. Korábban már írtunk a Greendexen arról, hogy a mikroműanyagok mindenhol megtalálhatók, sajnos még a placentagáton, illetve a vér-agy gáton is képesek átjutni, beférkőzve a véráramba és az agyunkba is. A kutatók olyan polimerek kialakításán dolgoznak, amelyeket természetes növényi cellulózból állítanak elő, valamint olyan törekvés is ismert, hogy cukoralapú poliamidokat állítanának elő. Cikkünkben ezt a két példát járjuk körül.

Mi is az a cellulóz?

A cellulóz a növényekben megtalálható polimer, a növényi sejteket körülvevő kemény sejtfal kulcsfontosságú alkotóeleme. A cellulóz olcsón és gazdaságosan kinyerhető a növényi hulladékokból is, például szalmából vagy fűrészporból, így nem szükséges erdőket kivágni, illetve az élelmiszer-termelésre használt földterületek nagyságát sem kell csökkenteni.

A cellulóz egy hosszú poliszacharidlánc, amely több cukorcsoportból tevődik össze. Ezek a kis cukormolekulák kémiai kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, így építik fel a nagyobb láncot. Tudományosan a glükóz a poliszacharidlánc monomere, azaz a cukor a cellulóz építőköve.

Érdekesség: a poliszacharid szó görög eredetű, a poli sokat vagy sokfélét jelent, míg a szacharid a sakkharon szóból származik, és ’cukor’ vagy ’édes’ jelentéssel bír. A latinban saccharum formájában jelent meg a kifejezés, amit az angolban sugar, a németben Zucker és a magyarban cukor szóként használunk.

Kapcsolódó bejegyzések

Viszlát, cukor! Helló, édesítőszer?

Nem kell lemondani az édességről, létezik kalóriamentes és egészséges megoldás is. Sorravettük, hogy milyen cukrok és édesítőszerek találhatók a boltok polcain.

Növényi eredetű polimerek

A Hokkaidói Egyetem kutatói fedezték fel, hogy a cellulóz tökéletesen újrahasznosítható, de stabil „zöldműanyag” alapja lehet. Felfedezésüknek köszönhetően csökkenthető a műanyagok okozta szennyezés, miközben a termékük teljes mértékben újrahasznosítható.

Hogyan készült a cellulózalapú biopolimer?

Korábban már írtunk arról, hogy a műanyagiparban – főként az egyszer használatos termékek esetében – nagy népszerűségnek örvend a politejsav, röviden PLA. A japán kutatók azonban felfedezésükkel új ajtókat nyithatnak meg.

A kutatók az új polimerek előállításához két kereskedelmi forgalomban kapható kismolekulát, a levoglükozenont (LGO) és a dihidrolevoglükozenont (Cyrene) alkalmazták, amelyek cellulózból készülnek. Újszerű kémiai eljárásokat fejlesztettek ki az LGO és a Cyrene különböző poliszacharid polimerláncokká történő átalakítására. Tehát ezeket az új makromolekulákat (ez a nagyobb méretű molekulák gyűjtőneve, például a poliszacharid polimereké) nem a természetből nyernék ki, mert ezek a fákban, növényekben nem találhatók meg. De a kiindulási anyaguk természetes eredetű lenne. A polimerek kémiai szerkezetének variálása lehetőséget nyújt arra, hogy különböző anyagokat hozzanak létre, megkeresve a legoptimálisabbat, amely gyorsan, gazdaságosan, egyszerűen előállítható, és könnyen lebomlik.

Számukra a legnagyobb kihívást az jelentette, hogy a kisebb cukormolekulákat (monomereket) összekapcsoló reakciókat tudják szabályozni. A céljuk az volt, hogy olyan poliszacharidokat állítsanak elő, amelyek stabilak, de közben nem tartanak örökké, hanem a láncok megfelelő speciális körülmények között felbonthatók, és a műanyag újrahasznosítható, ezzel csökkentve a folyamatosan halmozódó hulladék mennyiségét.

Mire lenne jó a cellulózalapú műanyag?

A tudósokat a legjobban az lepte meg, hogy az általuk készített polimerfilmek (vékony fóliák vagy lapok) nagyon átlátszók. Az előállított anyagnak ez a tulajdonsága segíthet abban, hogy speciálisan használják fel.

De nemcsak nagy mértékben áttetsző, hanem merev, kemény anyagokról van szó. Nehéz elképzelni, hogy műanyag zacskóként vagy egyéb csomagolóanyagként alkalmaznák őket, sokkal inkább optikai, elektronikai vagy orvosbiológiai célokra lennének alkalmasak – vélik a kutatók.

Kapcsolódó bejegyzések

Vigyázó szemetek a komposztálható műanyagra vessétek!

A műanyagtörvénnyel még nagyobb hangsúlyt kapnak a lebomló műanyagok. Utánanéztünk, hogyan lehet őket komposztálni, és milyen területeken nyújtanak valós alternatívát.

Cukorból készülhet az új nejlonharisnya?

Nemcsak a cellulóz lehet kiváló alapanyag a fenntartható műanyag gyártásához, hanem más cukorszármazékok is. Jeremy Luterbacher és csapata felfedezték, hogy egy stabilizált szénhidrát, az úgynevezett dimetil-glioxilát-xilóz, amely kinyerhető a kukoricacsutkából, tökéletes minőségű poliamiddá alakítható. A poliamidok az erősségükről és a tartósságukról híresek, egyik legfontosabb képviselőjük a nejlonharisnya anyaga.

A fosszilis alapú műanyagok merevségét, keménységét, szilárdságát és a magas hőmérséklettel szembeni ellenállóságát az aromás csoportok biztosítják. A Luterbacher vezette kutatócsoport hasonló eredményeket ért el, olyan nem mérgező cukorszerkezetet használtak a merevség kialakításához, amely a természetben mindenütt előfordul. A módszerrel 97%-os atomhatékonysággal állítható elő poliamid, ami azt jelenti, hogy szinte az összes kiindulási anyag végtermékké alakítható, így nagymértékben csökkenthető a keletkezett hulladék mennyisége.

Jövőkép

A növényi cellulózalapú polimerekkel foglalkozó kutatócsoportra még rengeteg feladat vár, hiszen számtalan módszer létezik a legkülönfélébb polimerszerkezetek kialakítására. A lehetőségek feltárásához a számítógépes kémia, a mesterséges intelligencia és az automatizált szintézis szakembereivel szeretnék egyesíteni erőiket. Remélik, hogy munkájukkal számos, a természeten nem megtalálható poliszacharidot tudnak majd szintetizálni, amelyek újrahasznosíthatók, hasznosak és a biomasszából hatékonyan előállíthatók.

A bioalapú poliamidok kedvező tulajdonságaiknak köszönhetően felvehetik a versenyt a fosszilis alapú társaikkal. Ezek a jelentős ellenálló képességű anyagok az autóipari alkatrészektől kezdve a fogyasztási cikkekig számos termék előállításában alkalmazhatóvá válhatnak, és nagy mértékben csökkenteni lehetne a karbonlábnyomot.

Kiemelt kép: canva

A fenntarthatósággal és azzal, hogy mi mit tehetünk bolygónk védelméért és egészségünkért kiemelten foglalkozott a Planet Budapest 2023 Fenntarthatósági Expó is.

Források:

“Chemically Recyclable Unnatural (1→6)-Polysaccharides from Cellulose-Derived Levoglucosenone and Dihydrolevoglucosenone” by Yuta Mizukami, Yuto Kakehi, Feng Li, Takuya Yamamoto, Kenji Tajima, Takuya Isono and Toshifumi Satoh, 9 February 2024, ACS Macro Letters.

“Performance polyamides built on a sustainable carbohydrate core” by Lorenz P. Manker, Maxime A. Hedou, Clement Broggi, Marie J. Jones, Kristoffer Kortsen, Kalaiyarasi Puvanenthiran, Yildiz Kupper, Holger Frauenrath, François Marechal, Veronique Michaud, Roger Marti, Michael P. Shaver and Jeremy S. Luterbacher, 13 March 2024, Nature Sustainability.