Światowy kryzys związany z zanieczyszczeniem środowiska plastikiem cały czas się pogłębia, na co zwracają uwagę naukowcy z Purdue University w Stanach Zjednoczonych. Na łamach pisma „Chem Circularity” przedstawili oni wynalazek, który może ograniczyć ten rosnący problem, a jego źródłem okazała się roślina od lat budząca skrajne emocje w debacie publicznej.
Mowa o przypominającym tworzywo sztuczne materiale otrzymywanym z konopi. Naukowcy podają, że może się on rozciągać nawet 1600 procent względem pierwotnej długości, a przy tym pozostaje suchy i trwały w kontakcie z wrzącą wodą, czyli w warunkach, które rozkładają wiele konwencjonalnych biotworzyw.
(A) Konopie przemysłowe jako odnawialne źródło surowca.
(B) Schemat polimeryzacji pCBDC.
(C) Wyizolowany polimer o wysokiej masie cząsteczkowej do badań przetwórczych.
(D) Temperatura zeszklenia różnych polimerów w porównaniu z pCBDC (polimery na bazie ropy naftowej zaznaczono na niebiesko, a polimery pochodzenia biologicznego na zielono).
(E) Kąt zwilżania wodą różnych polimerów w porównaniu z pCBDC.
(F) Moduł Younga i wytrzymałość na rozciąganie folii orientowanych jednoosiowo, wykonanych z różnych polimerów, w porównaniu z pCBDC.
CBD zamiast bisfenolu A w nowej generacji poliwęglanów
Jak zauważa autor pracy, Gregory Sotzing z University of Connecticut, „bardzo niewiele tworzyw sztucznych wytwarzanych z surowców naturalnych, o ile w ogóle jakieś, ma te właściwości”. Badacz wskazuje przy tym na kluczowy problem zdrowotny obecnych technologii.
„Współczesny poliwęglan produkuje się z bisfenolu A, znanego związku zaburzającego gospodarkę hormonalną. Mamy nadzieję, że kannabidiol będzie mógł zastąpić bisfenol A stosowany obecnie w przetwarzanych tworzywach sztucznych” – wyjaśnia Sotzing. Kluczową rolę w nowym materiale odgrywa kannabidiol, czyli CBD, czyli obecna w konopiach substancja, którą naukowcy wykorzystali jako budulec swojego polimeru.
Twórcy wynalazku mówią o szerokim spektrum zastosowań. Wymieniają przezroczyste plastikowe folie, powłoki i inne powszechnie stosowane materiały, które obecnie wytwarza się z surowców ropopochodnych, na przykład politereftalanu etylenu, znanego jako PET, szeroko wykorzystywanego w jednorazowych butelkach na wodę, opakowaniach żywności czy podłożach do elastycznej elektroniki.
CYNICZNYM OKIEM: Przez dekady konopie były zwalczane jako zagrożenie społeczne, a teraz mają ratować planetę przed plastikiem, który produkował zupełnie legalny przemysł. Czasem największym wrogiem postępu nie była natura, lecz urzędnik z czerwoną pieczątką.
Od laboratorium do hektarów upraw
Współautor pracy Mukerrem Cakmak z Purdue University podkreśla, że „poliwęglany oparte na CBD mogą być proekologicznymi zamiennikami szeroko stosowanych tworzyw termoplastycznych, takich jak PET”. Prace nad wdrożeniem materiału są na zaawansowanym poziomie.
„Opracowaliśmy rygorystyczne ramy naukowe dotyczące przetwarzania, które łączą architekturę molekularną z możliwością obróbki materiału w stanie stopionym, rozwojem orientacji strukturalnej i rozciągliwością, bez pogarszania możliwości produkcyjnych” – dodaje Cakmak. Zespół zadbał więc o to, by nowy materiał nadawał się do realnej produkcji przemysłowej, a nie tylko do laboratoryjnych demonstracji.
Naukowcy przypominają również, że produkcja PET wymaga dużych ilości ropy naftowej i gazu ziemnego, a po wyrzuceniu plastik rozpada się na drobne, potencjalnie szkodliwe cząstki mikroplastiku. Choć badacze od lat poszukują bardziej ekologicznych alternatyw, większość polimerów wytwarzanych z roślin nie ma odpowiednio dobrych parametrów, a ich produkcja jest droższa.
Dodatkowym problemem są katalizatory stosowane dotąd do produkcji biotworzyw, które zwykle wymagały wysokich temperatur oraz sprawiały trudności przy ich usuwaniu i oczyszczaniu końcowego produktu, co w produkcji na dużą skalę czyniło je niepraktycznymi. Konopny poliwęglan ma omijać te ograniczenia.
Badacze pracują teraz nad ulepszeniem materiału i zwiększeniem skali produkcji. Jedno z wyzwań polega na tym, że obecnie na świecie nie produkuje się wystarczająco dużo kannabidiolu, aby całkowicie zastąpić PET, choć rosnąca popularność konopi w odzieży, budownictwie i produktach spożywczych zwiększa areał upraw.
Autorzy wynalazku podkreślają jeszcze jeden atut surowca, który może przesądzić o jego komercyjnym sukcesie. Konopie można uprawiać w wielu różnych strefach klimatycznych, przy stosunkowo niewielkim zużyciu wody i pestycydów, co czyni je jednym z nielicznych biopolimerów dających realną szansę na konkurencję z petrochemią.
