חומר חדשני בהשראת קורי עכביש לפתרון בעיית זיהום הפלסטיק

חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג’ מצאו שיטה להכנתו של פלסטיק מתכלה מתוך חלבונים צמחיים נפוצים בטבע המהווים חומר מתחדש. בהשראת קורי עכביש, חומר הפלסטיק החדשני מתנהג בצורה דומה לסוגי פלסטיק אחרים, וניתן לפרק אותו אפילו בבית

[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]

פלסטיק הוא חומר שימושי ביותר המספק תועלות משמעותיות לאנושות המודרנית. אולם, הכמות הכבירה של מוצרי הפלסטיק שיוצרו במהלך העשורים האחרונים גרמה גם לזיהום סביבתי חמור. חומרי אריזה לבדם היו אחראים לכמעט חמישים אחוזים מכלל 340 מיליוני הטון של פסולת הפלסטיק שיוצרה ברמה הכלל עולמית בשנת 2018. למרות ששיעור מיחזור הפלסטיק עלה משמעותית בשנים האחרונות, רוב חומרי הפלסטיק המשמשים אותנו כיום הם בצורת חומרים חד-שימושיים שלא ניתנים למיחזור ואינם מתכלים באופן ביולוגי. הביקוש למזון יכפיל את שיעורו עד שנת 2050. הערכה זו, ככל הנראה, תגביר אף יותר את כמות הפסולת המגיעה ממזון ומחומרי אריזה למזון, ותגרום למדינות עניות יותר להיות תחת עול כביר מבחינת ניהול השלכת הפסולת הזו. על מנת לטפל בבעיה סביבתית זו, העולם זקוק ליותר חומרים ברי-קיימא שאותם ניתן יהיה למחזר ולפרק באופן ביולוגי. אומנם, התחום של פלסטיק מבוסס חומרים צמחיים מתרחב ומתקדם, אולם רבים מסוגי פלסטיק אלו עוברים פירוק רק על ידי תהליכים תעשייתיים ולא בבית.

כעת, חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג’ מצאו שיטה להכנתו של פלסטיק מסוג זה מתוך חלבונים צמחיים נפוצים בטבע המהווים חומר מתחדש. בהשראת קורי עכביש, חומר הפלסטיק החדשני מתנהג בצורה דומה לסוגי פלסטיק אחרים, וניתן לפרק אותו בבית.

סוגי פלסטיק

סוגי פלסטיק סינתטי ובלתי מתכלה המשמשים באופן נפוץ עבור אריזת מזון כוללים, בין היתר, פוליאתילן טרפתאלט (PET, Polyethylene terephthalate), פוליסטירן (polystyrene,PS ) וכן פוליאתן טרפתאלט גבישי (crystalline polythene terephthalate ,CPET). אומנם, קיימים מספר תהליכים למיחזור פסולת פלסטיק מסוג PET – בעיקר שיטות מכאניות וכימיות – אולם רוב הפלסטיק ברחבי העולם עדיין מושלך לתוך מטמנות. לסוג הפלסטיק הזה נדרשות מאות שנים על מנת להתפרק והוא אינו מתכלה מבחינה ביולוגית. עובדה זו משמעותה שפלסטיק זה ימשיך לזהם את המערכת הסביבתית למשך שנים רבות. בנוסף, הייצור של פלסטיק דורש כמויות אנרגיה רבות וכאשר הוא מושלך לאשפה הוא גורם לנזק סביבתי, לרבות להתחממות גלובלית, לפליטות של גזי חממה ולנזק לחיים בים. 

מצד שני, קיימים היום בשוק מספר סוגי פלסטיק ביו-מתכלים המבוססים על צמחים, כגון פולי-חומצה לקטית (PLA), פולי-בוטילן סוקסינאט (PBS), פולי-קאפרולקטון (PCL) וכן פולי-הידרוקסיאלקאנואטים (PHAs), שהם ידידותיים יותר לסביבה מאשר הפולימרים הבלתי-מתכלים. פלסטיק מסוג PLA מיוצר מתוך מקורות מתחדשים והיתרונות הטמונים בשימוש בו הם שהוא בר-מיחזור וניתן למחזרו בבית בתור דשונת (קומפוסט). עובדה זו הופכת את PLA לחומר ידידותי יותר לסביבה מאשר שאר סוגי הפלסטיק האחרים (PET, PS, CPET); אולם, הקיימות והיציבות ארוכות הטווח של סוג פלסטיק זה נמוכות מהמקבילים הסינתטיים שלו.

החומר החדשני

המחקר בחן את השימוש הפוטנציאלי של פולימר ביו-מתכלה ומתחדש, כגון חלבון סויה, לשם ההכנה של חומר חדש שיוכל להוות חלופה לסוגי הפלסטיק האחרים המבוססים על צמחים. החוקרים יצרו פלסטיק מבוסס צמחים והוסיפו לו ננו-חלקיקים – חלקיקים שגודלם קטן ממיליונית המטר. תוספת זו אפשרה לחוקרים לשלוט במבנה החומר תוך יצירת שכבות גמישות המחקות את המבנה של קורי עכביש, ברמה המולקולארית, וקראו לו “קורי עכביש טבעוניים”.

צוות המחקר עשה שימוש במספר מכשירי מדידה, לרבות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק וכן מיקרוסקופ אלקטרונים חודר על מנת לבחון את המבנה המפורט של השכבה. הם הצליחו לזהות תכונות חשובות, כגון תכונות הגבול ויכולת ספיחת לחות. הם גילו כי תוספת ננו-החלקיקים סייעה להגביר תכונות אחדות – כגון החוזק וכן הקיימות והיציבות ארוכות הטווח – באופן משמעותי. על ידי יצירת פלסטיק כזה במסגרת תהליך ייצור ידידותי יותר לסביבה, העשוי מחומרים ברי-קיימא בעצמם, ניתן לחסוך כמות משמעותית של אנרגיה. זוהי אחת מהתוצאות המרתקות ביותר מתוך מחקר זה.

חומר חדשני זה יוכל לפתור חלק מהבעיות שזיהום הפלסטיק גורם לסביבה – זאת על ידי שימוש בחומר חדשני המיוצר מתוך מקור מתחדש ובעל תכונות מוגברות מבחינת הקיימות והיציבות שלו, חומר שיוכל להיות שימושי ביותר ביישומים הנדסיים, לרבות פיתוח חומרי אריזה. כלומר – המחקר יוכל לסייע בהגברת הייצור של חומרי אריזה מתכלים, תוך שימוש במקורות טבעיים מתחדשים, ובמסגרת תהליכי ייצור המחייבים שימוש באנרגיה פחותה יותר, תוך גם הפחתת כמות פסולת הפלסטיק המושלכת למטמנות.           

הידיעה על המחקר

עוד בנושא באתר הידען:

• הדור הבא של הפלסטיק
• לנסוע על תפוחי-אדמה או סוכר
• חידקיים יוכלו לייצר חלבונים לשימוש בחלל