Mert ez műanyag!

Egy 16 éves isztambuli lány, Elif Bilgin nyerte a Scientific American 2013-as, ötvenezer dollárral járó Science in Action (a tudomány akcióban) díját találmányáért. Elif kidolgozott egy eljárást, amellyel banánhéjból állítható elő úgynevezett bioműanyag. Üdvözlendő a fiatal hölgy projektje, bár egy kicsit érthetetlen, miért is ekkora a felhajtás e hír körül. Ugyanis már régóta állítanak elő ipari méretekben szerves alapanyagokból (különböző növényi olajok, cellulóz, kukorica keményítő) műanyagot, sőt, a Grazi Műszaki Egyetem Animpol nevű projektje is hulladékból szándékozik bioműanyagot előállítani, mégpedig húsipari melléktermékekben megtalálható állati zsírból gyártanának PHA-t, ami teljes mértékben le is bomlik. Valószínűleg a figyelemfelhívás áll leginkább a díj mögött.

Régóta ismeretes ugyanis, hogy a tartós, könnyű, flexibilis, könnyen és olcsón előállítható, és ezért gigantikus mennyiségben gyártott (évente 300 millió tonnányi) műanyag csomagolóanyagok és egyéb használati tárgyak – pont lebonthatatlanságuk miatt – felhalmozódnak és hatalmas környezeti terhelést rónak a Földre. Elégetésükkel számos egészségre káros vegyület keletkezik, a földalatti hulladéktárolókban tartott műanyagszemét pedig a talajvizet szennyezi. A folyókba, majd a tengerekbe jutó plasztikhulladék a vízi élőlényekre közvetlenül is káros. Ki ne látott volna fotót sörös dobozokat összetartó műanyag hurokba szorult teknősről, nejlon zacskóba “öltözött” madarakról vagy erős műanyag zsinegekbe szorult fókákról? A vízben lebegő zacskókat sok élőlény keveri össze medúzákkal, a töltőanyagnak vagy kozmetikai dörzsanyagnak használt kis műanyaggolyókat is sok állat véli tápláléknak. Az óceánokban úszó, több millió hektár alapterületű lebegő szemétszigetek műanyagtartalma ugyan lassan (az UV fény hatására) apró polimer részecskékre széthullik, ám ennek a planktonevő tengeri élőlények látják kárát.

Azon kívül, hogy a már előállított műanyag szemét begyűjtése, elégetése vagy újrahasznosítása sürgős megoldásra vár (ennek egy részére kínál egy potenciális megoldást Boyan Slat, a TU Delft egyik hallgatója által tervezett önjáró szemétgyűjtő hajó), a műanyagok előállítási folyamatára is ráfér a változtatás. Vagyis ráfért. Merthogy ez sem mai történet már. Henry Hord már 1941-ben bemutatta a szójabab-alapú műanyagautóját, amely acélvázra szerelt műanyag panelekből állt. A kasztnihoz használt bioműanyag receptjéről csak annyit tudni, hogy szójababot, búzát, kendert, lent és hócsalánt is tartalmazott, és az ezekből előállított anyagot formaldehiddal impregnálták. A második világháború után korántsem volt olyan a gazdasági helyzet, hogy a könnyített szerkezetű autó gyártását napirendre tűzzék, ám ekkor már a bioműanyagok a mindennapok részévé váltak. Gondoljunk csak a celluloidra (film), a cellulóz-acetátra (egy időben a LEGO bábuk, napszemüvegek, gombok, műszálas ruhák alapanyaga) és a celofánra (csomagolóanyag): ezek mind olyan szerves eredetű műanyagok, amelyeket cellulózból állítanak elő, és biológiailag lebonthatók, vagyis komposztálható bioműanyagok. Amikor (többek között) a műanyaggyártók is szembesültek a fosszilis tüzelőanyag-készletek limitált voltával, újra kutatások középpontjába került a különböző szerves polimerekből előállítható, ám mégis tartós plasztik.

Ma a bioműanyag piac felét a keményítő alapú, lebontható műanyagok uralják. A maradék 50%-on osztozkodnak a már említett cellulózból készülő anyagok (celofán, cellulóz-acetát), az alifás biopoliészterek, köztük a PHA – politejsav (a PET, polisztirén és polietilén váltható ki vele), PHB – polihidroxi-vajsav (baktériumok állítják elő glükózból, kukoricakeményítőből vagy szennyvízből, a polipropilén váltható ki vele), PHA – polihidroxialkanoát (lipidek vagy cukrok bakterális erjesztésével állítják elő, és főként az egészségügyben használják), valamint a szerves eredetű polietilén. A bio- előtag azonban ne tévesszen meg senkit sem, az, hogy szerves anyagból állították ezeket a műanyagokat elő, nem feltétlenül jelenti azt, hogy mindegyikük biológiailag lebontható lenne – a polietilén például akkor is ellenáll a bakteriális lebontásnak, ha szerves anyagból nyerik a monomerjét.

De mi is történik azokkal a műanyagokkal, amelyek nem komposztálhatók? A petróleum-alapú műanyagok kisméretű ún. monomeregységek nagyszámú ismétlődéséből álló, hatalmas tömegű molekulák, amelyet a ma ismert élőlények enzimei nagyon kis hatásfokkal képesek csak bontani. Legtöbb esetben csak égetéskor esnek szét hatékonyan alkotóelemeikre, amik aztán az égés során tovább oxidálódnak. A nagyméretű polimerek aprózódását azonban bizonyos fizikai változások (melegedés-lehűlés, fagyás-olvadás, nedvesedés-száradás), az UV-sugárzás, illetve az abiotikus (élőlényektől független) hidrolízis is képes eredményezni. A monomereket már viszonylag sok baktérium és gomba képes felvenni, és biológiai úton lebontani [1]. Mindezek alapján nem elképzelhetetlen az elvileg nem komposztálható műanyagok biológiai lebontása sem, ha a kezdeti lépést, a polimerek aprózódását biológiai úton is hatékonyan meg lehetne oldani.

A Földön több mint 2000 farontó gombafaj él, melyek a baktériumokkal együtt nagy szerepet játszanak a szerves, ezen belül is a nehezen lebontható növényi anyagok (lignin, cellulóz) degradálásában. Ezen mikroorganizmusok egy része extracelluláris enzimeket termelve képes számos ipari szennyezőanyagot (benzén, toluol, etilbenzén, petróleum,alifás, aromás és policiklusos aromás szénhidrogének, xilének, klórozott szénhidrogének, peszticidek) is lebontani [2]. Ezeket a bioremediációt végző mikroorganizmusokat alapul véve sok kutatócsoport foglalkozik műanyagbontó élőlények kutatásával – nem utolsó sorban azért, hogy a gyártásukhoz használt fosszilis tüzelőanyagokat visszanyerjék. A lenti táblázatban szereplő baktérium- és gombafajok segítségével sikerült már kísérleti körülmények között az egyébként nem komposztálható polietilént és PVC-t alkotóelemeikre lebontani, különböző segédanyagok hozzáadása mellett.

Nem feltétlenül igaz tehát az az elkeserítő jövőkép, amelyben minden eláraszt a műanyag szemét. Remélhetőleg a közeljövőben a műanyaggyártás egyre nagyobb mértékben átáll a komposztálható műanyagok előállítására, a már meglevő szemét eltüntetésére pedig hatékony és környezetkímélő módszereket sikerül kidolgozni. Mindezekhez persze elkél a kormányzati támogatás (egyenlőre a bioműanyag-gyártás többe kerül, mint a klasszikus, valamint a szelektív hulladékgyűjtés és újrahasznosítás pedig nem csak egyéni döntés) és a vásárlói tudatformálás is. Tőlünk is függ a jövőnk. Nem csak Eliftől.

A kép forrása: http://www.localphilosophy.com

 1.            Shah, A.A., et al., Biological degradation of plastics: a comprehensive review. Biotechnol Adv, 2008. 26(3): p. 246-65.

2.            Megharaj, M., et al., Bioremediation approaches for organic pollutants: a critical perspective. Environ Int. 37(8): p. 1362-75.