Chanclas biodegradables de calidad comercial. Crédito:Stephen Mayfield, UC San Diego.
Como el zapato más popular del mundo, las chanclas representan un porcentaje preocupante de los desechos plásticos que terminan en los vertederos, en las costas y en nuestros océanos. Los científicos de la Universidad de California en San Diego han pasado años trabajando para resolver este problema, y ahora han dado un paso más hacia el cumplimiento de esta misión.
Siguiendo con su química, el equipo de investigadores formuló espumas de poliuretano, hecho de aceite de algas, para cumplir con las especificaciones comerciales de los zapatos con entresuela y la plantilla de las chanclas. Los resultados de su estudio se publican en Informes de tecnología de fuentes biológicas y describir el desarrollo exitoso del equipo de estos Materiales biodegradables y listos para el consumidor.
La investigación fue una colaboración entre UC San Diego y la empresa emergente Algenesis Materials, una empresa de ciencia y tecnología de materiales. El proyecto fue codirigido por la estudiante graduada Natasha Gunawan de los laboratorios de los profesores Michael Burkart (División de Ciencias Físicas) y Stephen Mayfield (División de Ciencias Biológicas). y por Marissa Tessman de Algenesis. Es la última de una serie de publicaciones de investigación recientes que, en conjunto, según Burkart, ofrecen una solución completa al problema de los plásticos, al menos para los poliuretanos.
"El documento muestra que tenemos espumas de calidad comercial que se biodegradan en el entorno natural, ", dijo Mayfield." Después de cientos de formulaciones, finalmente logramos uno que cumplía con las especificaciones comerciales. Estas espumas tienen un 52 por ciento de biocontenido; eventualmente llegaremos al 100 por ciento ".
Biodegradación de cubos de PU durante 12 semanas. La degradación se analizó mediante A) Cambio de apariencia, B) Masa del cubo y C) Fuerza máxima al 50% de deflexión de la fuerza de compresión (CFD). Las barras de error indican las desviaciones estándar de la muestra de las mediciones por triplicado. Para abono y pérdida de masa del suelo, p <0.01 y para compost y suelo CFD, p <0.01 (Tabla 2 en artículo publicado). Crédito:Stephen Mayfield, UC San Diego
Además de diseñar la formulación adecuada para las espumas de calidad comercial, los investigadores trabajaron con Algenesis no solo para hacer los zapatos, sino degradarlos también. Mayfield señaló que los científicos han demostrado que los productos comerciales como los poliésteres, Los bioplásticos (PLA) y los plásticos de combustibles fósiles (PET) pueden biodegradarse, pero solo en el contexto de pruebas de laboratorio o compostaje industrial.
"Redesarrollamos poliuretanos con monómeros de base biológica desde cero para cumplir con las altas especificaciones de materiales para zapatos, manteniendo la química adecuada, En teoria, para que los zapatos pudieran biodegradarse, "Explicó Mayfield.
Poniendo sus espumas personalizadas a prueba sumergiéndolas en abono y tierra tradicionales, el equipo descubrió que los materiales se degradaban después de solo 16 semanas. Durante el período de descomposición, para tener en cuenta cualquier toxicidad, los científicos, dirigido por Skip Pomeroy de UC San Diego, midió cada molécula desprendida de los materiales biodegradables. También identificaron los organismos que degradaban las espumas.
"Tomamos las enzimas de los organismos que degradan las espumas y demostramos que podíamos usarlas para despolimerizar estos productos de poliuretano, y luego identificó los pasos intermedios que tienen lugar en el proceso, "dijo Mayfield, agregando, "Luego demostramos que podíamos aislar los productos despolimerizados y utilizarlos para sintetizar nuevos monómeros de poliuretano, completando un 'bioloop' ".
Foot-bed de flip-flops que se saca de un molde. Crédito:Stephen Mayfield, UC San Diego.
Esta reciclabilidad total de los productos comerciales es el siguiente paso en la misión continua del científico de abordar los problemas actuales de producción y gestión de residuos que enfrentamos con los plásticos, que si no se abordan, resultará en 96 mil millones de toneladas de plástico en los vertederos o en el medio ambiente natural para 2050. Según Pomeroy, esta práctica nociva para el medio ambiente comenzó hace unos 60 años con el desarrollo de los plásticos.
"Si pudiera retroceder el tiempo y volver a imaginar cómo podría hacer que la industria de los polímeros de petróleo, ¿Lo harías igual hoy que lo hicimos hace años? Hay un montón de plástico flotando en todos los océanos de este planeta que sugiere que no deberíamos haberlo hecho de esa manera. "señaló Pomeroy.
Mientras comercialmente se encaminaba a la producción, hacerlo económicamente es una cuestión de escala que los científicos están trabajando con sus socios de fabricación.
"La gente se está acercando a la contaminación plástica de los océanos y comienza a demandar productos que puedan abordar lo que se ha convertido en un desastre ambiental". "dijo Tom Cooke, presidente de Algenesis. "Resulta que estamos en el lugar correcto en el momento correcto".
IMS of compost-derived organisms growing on PUM9 film-agar plates. A) Photograph of the culture growth one week after incubation, with scale bar for all images. B–F) Mass distributions indicating location and relative intensity of the given m/z value and its molecular association. G) Relative intensity scale for B–F. See Supplementary Data for evidence of molecular assignments. Credit:Stephen Mayfield, UC San Diego.
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."
