Menu
e-shop
Každý rok se do oceánů dostávají miliony tun plastového odpadu, který v prostředí přetrvává desítky až stovky let a představuje riziko pro mořské ekosystémy. Biodegradabilní plasty mohou být jednou z cest, jak dlouhodobou zátěž snížit. V praxi však narážejí i na opačný problém: v některých podmínkách se mohou rozkládat rychleji, než je pro konkrétní použití žádoucí.
To se týká například materiálů určených pro rybolov nebo akvakulturu, které musí v mořském prostředí po určitou dobu spolehlivě sloužit. Japonský tým vedený profesorem Kenichi Kasuyou se proto zaměřil na možnost, jak životnost bioplastů v mořské vodě řízeně prodloužit. Výsledky studie byly publikovány v časopise Polymer Degradation and Stability.
Vědci testovali bioplast PHBV, tedy poly(3-hydroxybutyrát-co-3-hydroxyvalerát). Tento materiál patří mezi bioplasty, které se v mořském prostředí dokážou rozkládat působením mikroorganismů. Právě tato vlastnost je z ekologického hlediska výhodná, zároveň však může omezovat jeho využití tam, kde je potřeba delší provozní životnost.
Výzkumníci porovnávali tři varianty: samotnou PHBV fólii, PHBV fólii v přímém kontaktu s krabími skořápkami a PHBV fólii umístěnou ve stejné nádrži se skořápkami, ale bez přímého kontaktu. V obou variantách se skořápkami byl rozklad plastu výrazně pomalejší než u samotného PHBV.
Podle vědců z Gunma University činil úbytek hmotnosti v prvních týdnech pouze 8 až 20 % hodnoty naměřené u kontrolního vzorku bez skořápek. Po osmi týdnech dosahoval rozklad ve variantách se skořápkami zhruba 52 % hodnoty kontrolního vzorku. Důležité je, že zpomalení nastalo i tehdy, když skořápky nebyly s plastem v přímém kontaktu. To naznačuje, že nejde jen o mechanickou bariéru, ale především o biologicko-chemický vliv látek uvolňovaných ze skořápek.
Klíčem je takzvaná plastisféra – mikrobiální biofilm, který se vytváří na povrchu plastu a výrazně ovlivňuje jeho rozklad. U samotného PHBV povrch kolonizovaly mimo jiné bakterie rodu Oceanospirillum a Bowmanella, které jsou spojovány s rychlejším rozkladem tohoto bioplastu.
Za přítomnosti krabích skořápek se však složení mikrobiálního společenstva změnilo. Významněji se prosazovaly jiné skupiny, například Marinobacter. Současně byla v rané fázi potlačena exprese genu exPhaZ, který souvisí s enzymatickým rozkladem PHBV.
Pravděpodobným důvodem je složení krabích skořápek. Obsahují chitin, bílkoviny a minerální látky, které mohou mikroorganismům sloužit jako dostupnější zdroj živin. Mikroorganismy tak mohou přednostně využívat látky uvolňované ze skořápek, zatímco rozklad samotného bioplastu se zpomaluje.
Tento efekt potvrdily i meta-omické analýzy, zahrnující genomové sekvenování a proteomiku. Studie tak ukazuje, že životnost mořsky biodegradabilních plastů by bylo možné ovlivňovat nikoli jen chemickou úpravou samotného materiálu, ale také řízenou změnou mikrobiálního prostředí na jeho povrchu.
Výsledek je zajímavý zejména pro oblasti, kde je potřeba najít rovnováhu mezi funk-ční životností materiálu a jeho následnou rozložitelností. Rybolov a akvakultura využívají řadu plastových výrobků, například sítě, lana, obaly nebo pomocné provozní materiály. U těchto aplikací je žádoucí, aby materiál v moři vydržel týdny až měsíce, ale po skončení životnosti se v prostředí dlouhodobě nehromadil.
Krabí skořápky by v tomto směru mohly nabídnout jednoduchou a relativně dostupnou cestu, jak rozklad PHBV zpomalit. Zároveň jde o vedlejší produkt zpracování mořských plodů, který by mohl najít další využití v rámci cirkulární ekonomiky. Místo odpadu by se tak stal surovinou pro úpravu vlastností biodegradabilních plastů.
Zatím však nejde o hotovou technologii pro průmyslové nasazení. Studie probíhala v laboratorních podmínkách a bude nutné ověřit, zda stejný efekt funguje také v reálném mořském prostředí, kde se mění teplota, slanost, proudění, biologické osídlení i mechanické namáhání materiálu.
Dalším krokem pro vědce proto bude ověřit, zda lze tento princip převést z laboratorních testů do výroby ve větším měřítku. Výzkumníci budou muset posoudit mimo jiné vhodnou formu využití skořápek, jejich dávkování, stabilitu účinku a dopad na mechanické vlastnosti výsledného materiálu.
Otevřenou otázkou zůstává také dlouhodobé chování takto upravených bioplastů v oceánu. Je třeba zjistit, zda se rozklad pouze oddálí, nebo zda lze skutečně dosáhnout řízené životnosti materiálu podle konkrétního použití. Důležité budou i ekologické dopady, včetně toho, jak přídavek chitinových složek ovlivní místní mikrobiální společenstva.
PHBV má navíc stále ekonomická omezení. Ve srovnání s běžnými konvenčními plasty bývá dražší, což může brzdit jeho širší využití. Právě jednoduché a levnější způsoby úpravy vlastností, například pomocí dostupných biologických vedlejších produktů, by však mohly jeho praktické použití postupně usnadnit.
Podobný problém řeší také norští vědci zejména v souvislosti s chovem lososů, který je pro Norsko jedním z klíčových exportních odvětví. Moderní mořské farmy se bez plastů prakticky neobejdou. Využívají se v klecích, sítích, lanech, plovácích, krmných hadicích či dalších provozních prvcích, které musí odolávat slané vodě, proudění, vlnám i mechanickému namáhání.
UiT – The Arctic University of Norway proto ve spolupráci s institutem SINTEF a výzkumným centrem SFI Dsolve zkoumá možnosti využití biodegradovatelných materiálů v mořské akvakultuře. Pozornost se výzkumnící soustředí mimo jiné na jednorázová lana a krmné trubice používané v lososích farmách, které mohou být zdrojem mikroplastů. Vědci sledují nejen samotnou rozložitelnost nových materiálů v mořské vodě a sedimentech, ale také jejich pevnost, životnost, odolnost vůči opotřebení a chování v reálném provozu. Součástí mají být laboratorní testy i terénní pokusy přímo v akvakulturních zařízeních.*
Anna Walterová
