Наша планета и все живое на ней "проседает" под тяжестью производимых нами пластиковых отходов. Объем этих не разлагающихся материалов, выбрасываемых после использования, только увеличивается, поэтому необходимы новые способы борьбы с ними, причем немедленно.

В свете этого Франческо Стеллаччи, профессор и руководитель лаборатории супрамолекулярных наноматериалов в Инженерной школе EPFL (Лозанна, Швейцария) совместно с аспирантом Симоне Джиавери, начали думать о том, есть ли способ решить проблему использованных пластмасс и переработать их более эффективно.

Новое исследование демонстрирует подтверждение эффективности принципиально нового подхода к переработке пластика, основанного на том, как природа сама естественным образом " утилизирует" компоненты органических полимеров, присутствующие в нашей окружающей среде.

Этот подход разработан на основе того факта, что белки, входящие в состав органических полимеров, постоянно распадаются на части и вновь собираются в различные белки, не теряя при этом качества строительных блоков. По сути, когда речь идет о переработке пластика - синтетического полимера - без его деградации, мы должны мыслить более масштабно.

Белки - это одни из основных органических соединений, которые служат строительными блоками для всего живого. Они представляют собой длинные цепочки молекул (или мономеров), известных как аминокислоты, и исследователи считают, что способ, которым эти молекулы могут быть расщеплены и реконфигурированы, предполагает потенциальную стратегию переработки синтетических полимеров.

"Белок похож на нитку жемчуга, где каждая жемчужина - это аминокислота", - говорит материаловед Симоне Джавери из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии.

Франческо Стеллаччи и Симоне Джавери

"Каждая жемчужина имеет свой цвет, и последовательность цветов определяет структуру струны и, следовательно, ее свойства". В природе белковые цепочки распадаются на составляющие их аминокислоты, а клетки собирают эти аминокислоты обратно, чтобы сформировать новые белки - то есть, они создают новые нити жемчуга с другой последовательностью цветов".

Ученые дали своему подходу название " утилизация по принципу круговой экономики, основанной на природе", или сокращенно NaCRe.

В ходе экспериментов команда смогла расщепить необходимые белки на аминокислоты, а затем собрать их в новые белки с различной структурой и назначением. В одном случае Джавери и Стеллаччи превратили белки  шелка в зеленый флуоресцирующий белок, который используется в биомедицинских исследованиях.

«Важно отметить, что когда вы расщепляете и собираете белки таким образом, качество производимых белков точно такое же, как у вновь синтезированного белка. По сути, вы создаете что-то новое», - говорит Стеллаччи.

Согласно анализу, проведенному командой, механизмы, которые естественным образом происходят в белках, могут быть применены и к пластмассам, хотя разработка и масштабирование необходимой технологии займет определенное время.

Циркулярно-экономическая переработка белков под влиянием природы

 Следует учитывать существенные различия между природными и синтетическими полимерами, но исследователи утверждают, что этот новый подход к переработке вполне осуществим - и позволит сохранить материалы в рабочем состоянии как можно дольше.

"Это потребует принципиально иного мышления", - говорит материаловед Франческо Стеллаччи из EPFL. "Полимеры - это нити жемчуга, но синтетические полимеры состоят в основном из жемчужин одного цвета, а если цвета разные, то последовательность цветов уже не имеет значения".

"Кроме того, у нас нет эффективного способа собрать синтетические полимеры из жемчужин разного цвета таким образом, чтобы контролировать их последовательность."

Даже биоразлагаемые пластмассы создают остатки отходов, которые необходимо складировать или захоранивать после завершения процесса переработки, что обычно сказывается на окружающей среде в плане использования земли и загрязнения. Новая стратегия может помочь решить эту проблему.

По оценкам исследователей, за 70 лет жизни человек выбрасывает в среднем около 2 тонн пластика, а учитывая, что на планете сейчас проживает почти 8 миллиардов человек, это катастрофическое количество отходов.

И хотя мы добиваемся определенного прогресса в решении проблемы загрязнения пластиком, на сегодняшний день этого недостаточно. Если мы хотим остановить загрязнение пластиком нашего мира и нашего здоровья, необходимо менять мышление и действовать радикально.

"В будущем для устойчивого развития необходимо будет довести переработку до идеала, сбрасывать вместе множество различных предметов и перерабатывать эту смесь, чтобы ежедневно получать новый материал", - говорит Стеллаччи. "Природа уже делает это".