Als 's werelds meest populaire schoen, teenslippers zijn verantwoordelijk voor een verontrustend percentage plastic afval dat op stortplaatsen terechtkomt, op zeekusten en in onze oceanen. Wetenschappers van de Universiteit van Californië in San Diego hebben jaren gewerkt om dit probleem op te lossen. en nu hebben ze een stap verder gezet in de richting van het volbrengen van deze missie.

Vasthouden aan hun chemie, het team van onderzoekers formuleerde polyurethaanschuimen, gemaakt van algenolie, om te voldoen aan commerciële specificaties voor tussenzoolschoenen en het voetbed van teenslippers. De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Bioresource-technologierapporten en beschrijf de succesvolle ontwikkeling van deze duurzame, gebruiksklare en biologisch afbreekbare materialen.

Het onderzoek was een samenwerking tussen UC San Diego en het startup-bedrijf Algenesis Materials, een bedrijf op het gebied van materiaalwetenschap en -technologie. Het project werd mede geleid door afgestudeerde student Natasha Gunawan van de laboratoria van professoren Michael Burkart (Divisie Exacte Wetenschappen) en Stephen Mayfield (Divisie Biologische Wetenschappen), en door Marissa Tessman van Algenesis. Het is de laatste in een reeks recente onderzoekspublicaties die gezamenlijk, volgens Burkart, bieden een complete oplossing voor het plasticprobleem, althans voor polyurethaan.

"Het artikel laat zien dat we schuim van commerciële kwaliteit hebben dat biologisch afbreekbaar is in de natuurlijke omgeving, " zei Mayfield. "Na honderden formuleringen, we hebben er eindelijk een bereikt die voldeed aan de commerciële specificaties. Deze schuimen zijn voor 52 procent bio-inhoud - uiteindelijk zullen we 100 procent bereiken."

Naast het bedenken van de juiste formulering voor de schuimen van commerciële kwaliteit, werkten de onderzoekers samen met Algenesis om niet alleen de schoenen te maken, maar ook om ze te degraderen. Mayfield merkte op dat wetenschappers hebben aangetoond dat commerciële producten zoals polyesters, bioplastics (PLA) en fossiele brandstoffen (PET) kunnen biologisch worden afgebroken, maar alleen in het kader van laboratoriumtests of industriële compostering.

"We hebben polyurethanen helemaal opnieuw ontwikkeld met biogebaseerde monomeren om te voldoen aan de hoge materiaalspecificaties voor schoenen, terwijl de chemie geschikt blijft, in theorie, zodat de schoenen biologisch kunnen worden afgebroken, ' legde Mayfield uit.

Hun op maat gemaakte schuimen op de proef stellen door ze onder te dompelen in traditionele compost en aarde, het team ontdekte dat de materialen na slechts 16 weken waren afgebroken. Tijdens de ontbindingsperiode, om rekening te houden met eventuele toxiciteit, de wetenschappers, onder leiding van Skip Pomeroy van UC San Diego, elke molecuul gemeten die van de biologisch afbreekbare materialen is afgeworpen. Ze identificeerden ook de organismen die de schuimen hebben afgebroken.

"We namen de enzymen van de organismen die de schuimen afbreken en toonden aan dat we ze konden gebruiken om deze polyurethaanproducten te depolymeriseren, en identificeerde vervolgens de tussenstappen die in het proces plaatsvinden, " zei Mayfield, toevoegen, "Vervolgens toonden we aan dat we de gedepolymeriseerde producten konden isoleren en die konden gebruiken om nieuwe polyurethaanmonomeren te synthetiseren. het voltooien van een 'bioloop'."

Deze volledige recycleerbaarheid van commerciële producten is de volgende stap in de voortdurende missie van de wetenschapper om de huidige productie- en afvalbeheerproblemen aan te pakken waarmee we te maken hebben met kunststoffen - die, als ze niet worden aangepakt, zal in 2050 resulteren in 96 miljard ton plastic op stortplaatsen of in de natuurlijke omgeving. Volgens Pomeroy, deze milieuonvriendelijke praktijk begon ongeveer 60 jaar geleden met de ontwikkeling van kunststoffen.

"Als je de klok zou kunnen terugdraaien en opnieuw zou kunnen bedenken hoe je de petroleumpolymeerindustrie zou kunnen maken, zou je het vandaag hetzelfde doen als we het jaren geleden deden? Er drijft een hoop plastic in elke oceaan op deze planeet, wat suggereert dat we het niet op die manier hadden moeten doen, ’ merkte Pomeroy op.

Hoewel commercieel op schema voor productie, economisch doen is een kwestie van schaal die de wetenschappers met hun productiepartners uitwerken.

"People are coming around on plastic ocean pollution and starting to demand products that can address what has become an environmental disaster, " said Tom Cooke, president of Algenesis. "We happen to be at the right place at the right time."

The team's efforts are also manifested in the establishment of the Center for Renewable Materials at UC San Diego. Begun by Burkart, Mayfield, Pomeroy and their co-founders Brian Palenik (Scripps Institution of Oceanography) and Larissa Podust (Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences), the center focuses on three major goals:the development of renewable and sustainable monomers made from algae and other biological sources; their formulation into polymers for diverse applications, the creation of synthetic biology platforms for the production of monomers and crosslinking components; and the development and understanding of biodegradation of renewable polymers.

"The life of material should be proportional to the life of the product, " said Mayfield. "We don't need material that sits around for 500 years on a product that you will only use for a year or two."