Elke dag worden er miljoenen tonnen plastic weggegooid, en voor veel ervan zijn er weinig opties voor conventionele recycling. Maar dat materiaal zou snel een nieuw en heilzaam gebruik kunnen vinden dankzij microben die worden gebruikt door wetenschappers van de Montana State University.

In een recente studie, onderzoekers van MSU's Norm Asbjornson College of Engineering ontdekten dat plastic dat met bepaalde bacteriën is behandeld, in aanzienlijke hoeveelheden aan beton kan worden toegevoegd zonder de sterkte van het structurele materiaal in gevaar te brengen. De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Materialen .

"Dit is heel spannend, " zei co-auteur Cecily Ryan, universitair docent bij de faculteit Werktuigbouwkunde en Industriële Techniek. "Deze eerste resultaten zijn zeer bemoedigend als we mogelijke toepassingen overwegen."

Typisch, het toevoegen van plastic of ander vulmateriaal verstoort de mix van zand, aggregaat en cement dat beton - 's werelds meest gebruikte bouwmateriaal - zijn vermogen geeft om aan elkaar te binden en zware lasten te dragen. Maar het MSU-team ontdekte dat het gebruik van bacteriën om het plastic te coaten met een dunne minerale laag ervoor zorgde dat het beter met het cement kon binden. Betonmonsters die tot 5% van het met bacteriën behandelde plastic bevatten, hadden vrijwel dezelfde sterkte als traditioneel beton, volgens de studie.

"Die 5% is echt een grote stijging ten opzichte van wat tot nu toe is toegestaan, " zei Chelsea Heveran, universitair docent werktuigbouwkunde en industriële techniek. "We waren verrast door hoeveel effect er was."

Omdat beton zo wijdverbreid en in zulke hoge volumes wordt gebruikt, zelfs 5% ervan vervangen kan leiden tot massaal hergebruik van plastic, merkte Heveran op. En omdat beton zo energie-intensief is om te maken, de plastic vulstof zou de uitstoot van kooldioxide aanzienlijk kunnen verminderen, ze zei. Volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency, betonproductie is een van de grootste industriële bronnen van het klimaatveranderende gas in het land.

In MSU's Centrum voor Biofilm Engineering, de onderzoekers dompelden het plastic onder in een oplossing op waterbasis met daarin de onschadelijke bacterie Sporosarcina pasteurii, die op oppervlakken groeit om een ​​zogenaamde biofilm te vormen. de microben, 24-48 uur in de oplossing gelaten, verbruikt toegevoegd calcium en ureum - een op stikstof gebaseerde stof die veel wordt gebruikt in meststoffen - om het plastic een dunne, witte coating van calciet, het harde mineraal waaruit kalksteen bestaat. Het plastic werd vervolgens gemengd in kleine betonnen cilinders die werden verpletterd met gespecialiseerde apparatuur om hun sterkte te meten.

Hoewel de onderzoekers begonnen met versnipperd nr. 1 plastic dat vaak wordt aangetroffen in wegwerpwaterflessen, na aanvankelijk succes bereikten ze een vergelijkbaar resultaat met een mix van nr. 3-7 plastic, die in verschillende containers wordt gebruikt, maar niet wordt geaccepteerd bij de meeste recyclingfaciliteiten.

"Het is echt opwindend dat we dit resultaat hebben behaald met de mix van kunststoffen die normaal gesproken niet recyclebaar zijn, " zei Adrienne Phillips, universitair hoofddocent bij de afdeling Civiele Techniek, die dezelfde mineraalvormende bacteriën heeft gebruikt om kleine, moeilijk bereikbare scheuren diep onder de grond in lekkende olie- en gasbronnen.

De volgende stap is het bestuderen van de duurzaamheid van het materiaal op lange termijn en hoe het proces kan worden opgeschaald zodat het materiaal in bruikbare hoeveelheden kan worden vervaardigd, zei Philips. De onderzoekers werken samen met Frank Kerins, universitair hoofddocent aan het Jake Jabs College of Business and Entrepreneurship, om te beginnen met het verkennen van commerciële toepassingen.

Het onderzoek is voortgekomen uit onderzoek in de zomer van 2019 waarbij twee middelbare scholieren, Kendra Lunday van Capital High School in Helena en Hakan Armagan uit Omaha, Nebraska, bezocht MSU via het Research Experience for Teachers-programma van de National Science Foundation. Het duo testte verschillende betonvulmaterialen, inclusief stro en andere landbouwbiomassa.

Armagan en Lunday leverden een belangrijke bijdrage aan het onderzoek, die ook "sterk werd gedreven door getalenteerde studenten, " zei Heveran. Naast de twee middelbare schoolleraren, co-auteurs van het artikel zijn onder meer McNair Scholar Michael Espinal, een senior afstudeerrichting werktuigbouwkunde; ingenieur-doctoraalstudent Seth Kane; en Abby Thane, labmanager in het Center for Biofilm Engineering.

"Wat is er zo cool aan dit project, "Heveran zei, "is dat we micro-organismen gebruiken om slechts een kleine verandering aan te brengen in een gewoon materiaal, maar het zou een groot maatschappelijk voordeel kunnen hebben."