Viime vuosina ihmiset ovat yhä tietoisempia ekologisen ympäristön tärkeydestä ja ymmärtävät, että taloudellista kehitystä ei voida saavuttaa ekologisen ympäristön kustannuksella, koska luonnollinen ympäristö on aineellinen perusta ihmisen selviytymiselle ja lisääntymiselle sekä suojelulle. ja luonnollisen ympäristön parantaminen on edellytys ihmisen selviytymiselle ja kehitykselle.
Tieteellisissä raporteissa 19. maaliskuuta 2020 julkaistun tutkimuksen mukaan muovipakkausten (kuten suklaamuovipussien ja -pullojen) avaaminen päivittäisessä työssä voi tuottaa pienen määrän pieniä, alle 5 mm pitkäjä muovipartikkeleita, nimittäin mikromuoveja.
Tällä hetkellä tutkimuksella ei ole selvää niiden aiheuttamista riskeistä ja mahdollisesta myrkyllisyydestä ja siitä, miten ihmiset imeytyvät niihin, ja seuraava tutkimus tarvitaan ihmisille.
Yllä olevan tutkimuksen perusteella jokapäiväiset muovit voivat tuoda mikromuoveja, jotka voivat olla haitallisia terveydelle. Muoveista on kuitenkin enemmän kiistaa.
Tänään puhumme muovin ja mikro-organismin, joka on yksi tärkeimmistä ympäristön pilaantumista koskevista suhteista, ja keskustelemme siitä, kuinka käyttää mikro-organismeja muovinen pilaantumisen ongelman ratkaisemiseksi. Toivotaan, että tämä artikkeli antaa jonkin verran inspiraatiota asianomaisille teollisuudenaloille sekä tieteellisille ja teknologisille ammattilaisille ja muistuttaa lukijoita kiinnittämään huomiota ympäristönsuojeluun.
Muovien edut ja haitat
1950-luvulla, "muoviaika" alkaessa, rakennustekniikka on käynyt läpi valtavia muutoksia. Fossiilisten polttoaineteollisuuden kehitys on tuonut laajan valikoiman muoveja eristysmateriaaleista mekaanisiin materiaaleihin pinnoitteisiin, kaikenlaiset materiaalit ovat muuttuneet. Nykyään muovit ovat edelleen yleistä osaa jokaisesta rakennuskomponentista.
Se ei ole vain arkkitehtuuria, se on todella muovia kaikkialla. Muovia voi löytää vaatteistamme, taloistamme, joissa elämme, ja autoistamme. Muovia löytyy myös katselemastamme televisiosta, käyttämistämme tietokoneista ja käyttämistämme työkaluista. Ihmiset käyttävät muovituotteita eri paikoissa tehdäkseen elämästä helpompaa, turvallisempaa ja nautinnollisempaa.
Mutta itse asiassa muovien raaka-aine tulee lähinnä öljystä tai maakaasusta, mikä aiheuttaa monia ongelmia. Esimerkiksi öljyvarat ovat hyvin rajalliset. Esimerkiksi öljyn louhinnan ja jalostamisen yhteydessä on erittäin helppoa aiheuttaa pilaantumista. Kaivos- ja jalostusprosessien aiheuttaman tavanomaisen pilaantumisen lisäksi on olemassa mahdollisuus suuriin ekologisiin vahinkoonnettomuuksiin, kuten laajaan öljyvuotoon Persianlahden rannikolla vuonna 2010.
Toisaalta myrkyllisiä kemikaaleja vapautuu muovien valmistuksen aikana. Muovien valmistuksen myötä syntyy paljon haitallisia kemikaaleja, ja ne väistämättä pääsevät ekosysteemeihimme ja tuhoavat ne veden, maaperän ja ilman kautta. Monet näistä kemikaaleista ovat pysyviä orgaanisia yhdisteitä, yksi tuhoisimmista toksiineista maan päällä.
Lisäksi muovit ovat vaikeasti hajoavia. Jotkut muovipussit ja pullot voivat käydä läpi satoja, tuhansia tai jopa miljoonia vuosia ilman hajoamista, koska suurin osa luonnossa olevista mikro-organismeista ei käytä muovia ruuana, joten ne eivät hajoa sitä.
Jotkut äskettäin löydetyt uudet mikrobit voivat kuitenkin auttaa meitä ratkaisemaan tämän ongelman.
Uudet bakteerit auttavat muoveja hajoamaan
Polystyreeni on kertakäyttöisten muovituotteiden, kuten kertakäyttöisten kuppien, ruokailuvälineiden, lelujen ja pakkausmateriaalien avainkomponentti. Nykyään polystyreenin tuotanto ja kulutus eri teollisuudenaloilla kasvaa räjähdysmäisesti, mikä on suuri uhka ympäristölle, ja jätteiden hyödyntämisen alhainen tehokkuus pahentaa tätä ongelmaa.
YK: n tilastojen mukaan maailmassa syntyy vuosittain noin 300 miljoonaa tonnia muovijätettä, josta vain noin 10% kierrätetään. Intian on arvioitu kuluttavan noin 16,5 miljoonaa tonnia muovia vuodessa. AIPMA arvioi, että muoviteollisuus tuottaa noin 14 miljoonaa tonnia polystyreeniä, jotka kaikki eivät ole hajoavia.
Äskettäin Intian pääministeri ilmoitti, että vuoteen 2022 mennessä kertakäyttöisiä muovituotteita ei enää käytetä Intiassa, joka on viidesosa päivittäisistä muovituotteista, joten tällä aloitteella on suuri merkitys Intiassa.
Äskettäin Richa priyadarshini -ryhmän edustajat SHIV nadar -yliopistosta Grand Noidassa, Uttar Pradeshista, Intiasta, löysivät Grand Noidassa siis kahden tyyppisiä "syötäviä muovia" bakteereja, jotka saattavat tarjota ympäristövaihtoehdon muovisen pilaantumisen kriisin ratkaisemiseksi.
Ryhmän eristämät kaksi bakteeria ovat eksiguobacterium-kanta dr11 ja exiguobacterium undae -kanta dr14. Tutkimus osoittaa, että ne voivat hajottaa polystyreeniä.
"Tietomme osoittavat, että ekstremofiiliset bakteerit, exiguobacterium, voivat hajottaa polystyreeniä ja niitä voidaan käyttää edelleen vähentämään muovien aiheuttamaa ympäristön pilaantumista", priyadarshini sanoi
"Kosteikot ovat yksi mikro-organismien monimuotoisimmista elinympäristöistä, mutta niitä on suhteellisen tutkimatta", priyadarshini sanoi. Siksi nämä ekosysteemit ovat ihanteellisia paikkoja eristää bakteerit uusilla bioteknologisilla sovelluksilla. "
Polystyreenillä on korkea molekyylipaino ja pitkäketjuinen polymeerirakenne, ja sillä on hyvä hajoamisenestokyky. Siksi he pysyvät ympäristössä, RSC-lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan.
Ryhmä havaitsi, että kun kaksi eristettyä bakteeria joutui kosketukseen muovin (polystyreenin) kanssa, he käyttivät sitä hiilen lähteenä ja käyttivät sitä biofilmien valmistukseen. Tämä muuttaa polystyreenin fysikaalisia ominaisuuksia ja käynnistää luonnollisen hajoamisprosessin. Sitten bakteerit voivat tuhota polymeeriketjun vapauttamalla hydrolaasia.
Tällä hetkellä ryhmä yrittää arvioida näiden kantojen aineenvaihduntaprosessia niiden hyödyntämiseksi ympäristön bioremediaatiossa.
"Kun teimme tieteellistä tutkimusta kampuksen kosteikkoilla, löysimme tahattomasti bakteereja" syötävästä muovista "," sanoi SHIV nadar-yliopiston varapuheenjohtaja rupamanjari Ghosh. Tämä on suhteellisen ihanteellinen ratkaisu muovien luonnollisen hajoamisen hajottamiseksi ja biologisen hajoamisen suorittamiseksi. "
Priyadarshini lisäsi: "Tutkimme aluksi vain aluetta ymmärtääksemme näiden alueiden bakteerilajeja, mutta lopulta eristimme monia bakteerilajeja, joilla on ainutlaatuinen käyttö."
Hän huomautti, että löydettäessä uusia kantoja, joissa muovit biohajoavat, voidaan löytää myös uusia entsyymejä ja mahdollisia aineenvaihduntareittejä, jotka myötävaikuttavat tulevaisuuden biovalmistukseen.
Tutkijat huomauttavat, että molemmat bakteerit voivat rakentaa biofilmejä polystyreenin pinnalle. Biofilm on bakteerisolujen kokoelma aggregaatioyhteisön muodossa erittäin korkean solutiheyden saavuttamiseksi, mikä johtaa polymeeriä hajottavien entsyymien vahvempaan rooliin.
Priyadarshini sanoi: "polystyreeniä on vaikea hajottaa. Ennen biohajoamista vaaditaan jonkinlainen esikäsittely, kuten kemiallinen, terminen ja fotooksidaatio."
Dr11 ja dr14 voivat muodostaa biofilmin pelkästään käsittelemättömälle polystyreenille, mutta myös hajottaa modifioimattomia muoveja.
Priyadarshini sanoi myös: "Viime vuosina ihmisten riippuvuus muovituotteista on lisääntynyt huomattavasti, mikä on johtanut suureen määrään muovin kerääntymistä ympäristöön ja jolla on kielteinen vaikutus ekosysteemiin. Siksi ihmiset tarvitsevat kestäviä menetelmiä muovin hajoamiseksi. "
Muovien hajoamisen lisäksi monet ihmiset etsivät uusia materiaaleja, jotka voivat korvata muovit ja hajottaa ne.
Vasemmalta oikealle: Anne Schauer Gimenez, Allison pieja ja Molly Morse mangomateriaaleista. Niiden vieressä on San Franciscon lahden lähellä sijaitsevan jätevedenpuhdistamon biopolymeerikäymissäiliö, joka toimittaa bakteereille metaanin, jota he tarvitsevat biomuovien tuottamiseksi. Kuvalähde: Chris Joyce / NPR
Biopolymeerit muovien korvaamiseksi
Piilaakson yritysyritys yrittää erottaa muovia vaatteista ja lisätä sitten jotain muuta, biohajoavaa polymeeriä, joka korvaa muovin.
Polymeeri on pitkäketjuinen molekyyli, joka koostuu monista samoista yksiköistä. Tällainen materiaali on usein kestävämpää ja joustavampaa. Muovi on öljytuotteista valmistettu polymeeri. Luonnossa esiintyy kuitenkin usein biopolymeerejä, kuten selluloosa puussa tai silkkiäistoukkien silkki. Ne eroavat muovista siinä mielessä, että ne voidaan hajottaa luonnollisiksi aineiksi.
Molly Morse toivoo voivansa valmistaa biopolymeerejä, jotka voivat korvata joitain muoveja. Hän johtaa pientä yritystä nimeltä mango materiaalit. Mango on hänen suosikkihedelmänsä. Hän toivoo, että yrityksen nimi kuulostaa erilaiselta kuin muilla lahden alueen teknologiayrityksillä.
"Emme ole tyypillisiä Piilaakson aloittavia yrityksiä, tuotamme polymeerejä jätevedenpuhdistamolla. Emme ole joukko ihmisiä, jotka koodaavat autotallissa", Morse sanoi
Joten, miten hän tekee bioplastiä jätevedenpuhdistamolla?
Morse sanoi, että se alkoi, kun hän oli ala-asteella. Hän meni akvaarioon ja kompastui näyttelyyn, joka oli simuloitu valtameressä kelluvien muov Roskakorien kanssa.
Hän muistutti: "Siellä on erittäin valtava kalojen kaltainen rakenne simpukankuorilla, aivan kuten McDonaldsin vaahtomuovit. Olin järkyttynyt, täysin peloissani. Tämä näyttely on muuttanut elämääni. Mielestäni se on naurettavaa. Haluan muuttaa sen."
Seurauksena on, että Morse on jatkanut unelmaansa ja hankkinut tohtorin tutkinnon. ympäristötekniikan alalta Stanfordin yliopistosta. Vuonna 2006 pidetyssä tiedekonferenssissa hän tapasi toisen nuoren insinöörin, Anne Schauer Gimenezin. "En usko, että alamme puhua siitä, kuinka tämä tehdään vasta noin kello 4.00", Schauer - Gimenez sanoi
Prosessissa käytetään bakteereja biopolymeerien valmistukseen.
Jotkut bakteerit kykenevät syömään metaanista ja valmistamaan omia biopolymeerejä, varsinkin jos syöt hyvin niitä, ne tuottavat ja keräävät enemmän biopolymeerejä. "Jos rasvaa syömme liikaa jäätelöä tai suklaata, kehomme rasva kasvaa ja samoin bakteerit", Morse selittää.
Biopolymeerien valmistamiseksi bakteerit tarvitsevat paljon ruokaa. Siksi mango-materiaalit ovat rakentaneet alueen puhtaan vedenpuhdistamolle nimeltä Silicon Valley puhdasta vettä Redwoodissa, Kaliforniassa, lähellä San Francisco Bay. Yritystä tukevat laitokset, kuten Kansallinen tiedesäätiö.
Viemärien epäpuhtaudet tai ainakin jätevesien metaanikaasut ovat bakteeriruokaa. Käsittelylaitokset yleensä polttavat metaanin tai purkavat sen suoraan ilmaan. Metaani on voimakas kasvihuonekaasu, kun se pääsee ilmakehään, se aiheuttaa ilmaston lämpenemistä. Mango-aineet ruokkivat sitä bakteereille.
Tämä prosessi saadaan päätökseen käymissäiliössä, joka on suuren vesisäiliöllä täytetyn terässäiliön vieressä. Mangon insinööri Allison pieja osoitti keksintönsä: se näyttää suurelta oluttynnyriltä, jossa on putki, kuin tippa laskimoon. "Tässä tapahtuu ihmeitä", hän sanoi
"Lisäämme jatkuvasti metaania ja happea fermentointilaitteeseen ja pudota 'salainen kastike' fermenteriin sen mukaan, miten bakteerit kasvavat", kertoi mangon mikrobiologi Allison pieja.
"Salainen kastike" on lisäaine, jonka ryhmä on kehittänyt ylläpitämään tätä prosessia.
Lopulta kun bakteerit lihotettiin, ryhmä avasi fermenterin saadakseen biopolymeerejä. He kuivaavat sen ja muuttavat sen palloksi.
Toistaiseksi he ovat lähettäneet lähes 2000 puntaa biopolymeerejä kiinnostuneille yrityksille. Niiden päämarkkinat ovat tekstiilit, vaikka heidän mukaansa biopolymeerejä voidaan käyttää myös pakkaamiseen.
Näitä biopolymeerejä voidaan käyttää värikkäiden silkkilankojen tuottamiseen, jotka näyttävät ja tuntuvat "muovilta" kuin polyesterikuitut. Toivotaan, että tämä biopolymeeri kudotaan vaatteisiin muovien korvaamiseksi tekstiileissä.
Hiha biopolymeeristä valmistettuja vaatteita. Mango-tiimi työskentelee useiden yritysten kanssa testatakseen biopolymeeriensä tehokkuutta tekstiileissä. Kuvaluotto: Chris Joyce / NPR
Biopolymeerien haitat
Schauer-Gimenez sanoi, että sellaiset vaatteet olisivat hajoavia, mikä pelästää ihmisiä: "Voi luoja, aiot tehdä uimapuku materiaaleillasi? Menen merelle, se hajoaa biologisesti minut vartaloon!" Sanoin: 'Ei, ei, se ei ole sellainen. '"
Hajoamiseksi biopolymeerit tarvitsevat oikean lämpötilan ja vastaavat bakteerit niiden sulamiseksi, ja hajoamisprosessi vaatii jatkuvaa altistumista viikkojen tai kuukausien ajan. Morse myöntää, että kestää kauemmin, jos olosuhteet eivät ole sopivat, kuten kuivassa Arizonan autiomaassa tai merenpohjassa.
Tämä on toistaiseksi haitallista biopolymeereille, eikä osa biohajoavuudesta ole niin nopeaa kuin he lupasivat.
Etelä-Carolinan linnayliopiston biologian professori John Weinstein sijoitti maissipolymeeristä tehdyt pussit kosteikkoihin ja havaitsi, että ne hajoavat hitaammin kuin tavalliset muovipussit. "Loit uuden materiaalin, mutta miten se hajosi? Olin yllättynyt", hän kertoi biomuovista.
"Kyse on ympäristön olosuhteista", kertoi Michiganin osavaltion yliopiston kemian insinööri ja bioplastian asiantuntija Ramani Narayan. "Mitä pidempi biohajoavuus on, sitä kauemmin jätteitä esiintyy. Tänä aikana sillä on vakava kielteinen vaikutus ympäristöön. Vaikutus, tämä on asia, jota on harkittava huolellisesti."
Mango Materialsin tiimi kertoo, että heidän materiaalinsa on polyhydroksialkanoaatin tai PHA: n muodossa oleva biopolymeeri. Toisin kuin useimmat biopolymeerit, se ei vaadi kierrätystä. Sopivissa olosuhteissa se on valmis kuukaudessa tai kahdessa. Voidaan biohajoa. Heidän tuotteille tehdään parhaillaan riippumattomia testejä tämän varmistamiseksi.
Morse myöntää, että biopolymeerien tien valmistamiseksi on vielä paljon tehtävää. Hän kehotti ihmisiä käyttämään vähemmän muovia ja käyttämään esineitä uudelleen sen sijaan, että heittäisi ne pois. Mutta hän jatkaa lapsuuden unelmaansa löytää jotain parempaa kuin muovi.
"Emme tee tätä, ellemme ole vakuuttuneita siitä, että tämä on ratkaisu valtavaan globaaliin ongelmaan."
Muovisaaste: miten se ratkaista?
Tällä hetkellä muovi on edelleen välttämätöntä elämässämme, mutta hitaan hajoamisensa vuoksi se on johtanut joukkoon ympäristön pilaantumista. Tämän ongelman ratkaisemiseksi meidän on kyettävä kierrättämään muovit elämässämme.
Toiseksi tieteen ja tekniikan kehityksen myötä ihmiset voivat löytää tapoja vähentää pilaantumista tai tuottaa uusia biomateriaaleja luonnossa olevien mikro-organismien muovien sijaan.
Riippumatta siitä, millä tavalla, on tärkeää edistää ympäristöä ja ihmisen kehitystä.
