Naukowcy z Uniwersytetu Rice’a i Uniwersytetu w Houston stworzyli ekologiczny supermateriał, który może zastąpić plastik, szkło, a nawet niektóre metale.
- Nowy materiał jest mocniejszy niż niektóre metale.
- Wykonany z bakterii i wyrównanej celulozy.
- Biodegradowalny, elastyczny i przezroczysty.
- Przewodzi ciepło trzy razy lepiej niż tworzywa sztuczne.
- Przydatny w elektronice, opakowaniach i energetyce.
- Prawdziwa alternatywa dla zanieczyszczającego środowisko plastiku.
Koniec z plastikiem? Ekologiczny supermateriał przewyższający metale i szkło
Zespół naukowców z Uniwersytetu Rice’a i Uniwersytetu w Houston osiągnął to, co wielu uważa za przełom w poszukiwaniu zrównoważonych alternatyw dla plastiku. Wykorzystując bakterie do hodowli celulozy o kontrolowanej strukturze, stworzyli ultra wytrzymały, elastyczny i funkcjonalny biomateriał, który może konkurować z tworzywami sztucznymi, a nawet metalami i szkłem w wielu zastosowaniach.
Technologia bakteryjna dla materiałów przyszłości
Kluczem do postępu jest bakteryjna bioceluloza, czysta, obfita i biodegradowalna substancja wytwarzana naturalnie przez niektóre mikroorganizmy. W przeciwieństwie do celulozy roślinnej, ten biopolimer można wytwarzać bez konieczności wycinania drzew, stosowania pestycydów i dużych obszarów uprawnych.
Nowością jest to, że za pomocą obrotowego bioreaktora naukowcom udało się wyrównać w czasie rzeczywistym włókna celulozy podczas ich wzrostu. Wyrównanie to pozwala uzyskać arkusze o wytrzymałości na rozciąganie sięgającej 436 megapaskali, co odpowiada wytrzymałości niektórych lekkich stopów metali.
Ale nie tylko jest wytrzymały. Powstały materiał jest przezroczysty, giętki i plastyczny, co czyni go bardzo atrakcyjnym dla takich sektorów jak elastyczna elektronika, opakowania ekologiczne, a nawet elementy konstrukcyjne w lekkich pojazdach.
Poza plastikiem: zaawansowane i konfigurowalne właściwości
Jednym z największych osiągnięć badania było wykazanie, że nowy materiał można funkcjonalizować podczas syntezy. Dodając nanowarstwy azotku boru — związku znanego z wysokiej przewodności cieplnej — zespół uzyskał materiał hybrydowy o jeszcze większej wytrzymałości (553 MPa) i trzykrotnie skuteczniejszym odprowadzaniu ciepła niż próbki niezmodyfikowane.
Tego typu właściwości otwierają drzwi do rozwiązań obecnych problemów, takich jak przegrzewanie się urządzeń elektronicznych, które stanowi jedną z przeszkód w projektowaniu bardziej wydajnej i trwałej technologii.
Ponadto podejście to ma charakter modułowy: podczas hodowli bakterii można dodawać różne dodatki, aby dostosować właściwości materiału do konkretnych potrzeb, takich jak bariera gazowa, odporność na promieniowanie UV lub przewodność elektryczna.
Skalowalny i przyjazny dla środowiska zamiennik
Jednym z najbardziej obiecujących aspektów projektu jest jego przemysłowa wykonalność. Opracowana metoda jest nie tylko skalowalna, ale także działa w jednym etapie, bez konieczności stosowania agresywnych procesów chemicznych lub wysokich temperatur. Ta energooszczędność sprawia, że jest to rozwiązanie atrakcyjne nie tylko ze względu na niewielki wpływ na środowisko, ale także ze względu na konkurencyjny potencjał ekonomiczny w porównaniu z konwencjonalnymi polimerami.
Unia Europejska już zachęca do tego typu rozwiązań poprzez inicjatywy takie jak Europejski Zielony Ład, który ma na celu zastąpienie jednorazowych tworzyw sztucznych materiałami odnawialnymi i kompostowalnymi w kluczowych sektorach do 2030 r. W tym kontekście materiał ten mógłby stać się alternatywą dla opakowań spożywczych, toreb, komponentów elektronicznych i tekstyliów technicznych.
W krajach takich jak Japonia, Korea Południowa i Niemcy istnieją już start-upy badające komercyjne zastosowania celulozy bakteryjnej w opakowaniach i kosmetykach. Ten postęp naukowy może zapewnić im solidniejszą i bardziej wydajną podstawę technologiczną.
Potencjał
Rzeczywisty wpływ tej technologii wykracza poza laboratorium. Jej powszechne stosowanie mogłoby:
- Znacznie ograniczyć produkcję mikroplastików, zwłaszcza w sektorach takich jak opakowania lub elektronika jednorazowego użytku.
- Zastąpić materiały nienadające się do recyklingu innymi kompostowalnymi i zamkniętymi cyklem.
- Zmniejszyć ślad węglowy związany z produkcją i transportem tworzyw sztucznych pochodnych ropy naftowej.
- Promować modele gospodarki o obiegu zamkniętym, w których odpady są ponownie wykorzystywane lub kompostowane zamiast trafiać na wysypiska śmieci lub do mórz.
- Stymulować nowe lokalne łańcuchy produkcyjne oparte na biotechnologii zamiast petrochemii, co zdywersyfikuje gospodarkę i zmniejszy zależność energetyczną.
W dłuższej perspektywie technologie takie jak ta mogłyby zostać włączone do miejskich systemów zdecentralizowanej produkcji, takich jak modułowe biofabryki, zdolne do produkcji materiałów na żądanie i o niskim wpływie na środowisko.
Opracowanie tego supermateriału nie jest zwykłym ulepszeniem technicznym: jest to realna szansa na przemyślenie naszego stosunku do materiałów i przejście w kierunku modelu społeczeństwa bardziej czystego, odpornego i świadomego ograniczeń naszej planety.