Tongs biodégradables de qualité commerciale. Crédit :Stephen Mayfield, UC San Diego.
En tant que chaussure la plus populaire au monde, les tongs représentent un pourcentage inquiétant de déchets plastiques qui finissent dans les décharges, sur les bords de mer et dans nos océans. Les scientifiques de l'Université de Californie à San Diego ont passé des années à travailler pour résoudre ce problème, et maintenant ils ont fait un pas de plus vers l'accomplissement de cette mission.
Fidèles à leur alchimie, l'équipe de chercheurs a formulé des mousses de polyuréthane, à base d'huile d'algues, pour répondre aux spécifications commerciales des chaussures à semelle intermédiaire et de la semelle intérieure des tongs. Les résultats de leur étude sont publiés dans Rapports sur la technologie des bioressources et décrire le développement réussi par l'équipe de ces matériaux prêts à la consommation et biodégradables.
La recherche était une collaboration entre l'UC San Diego et la start-up Algenesis Materials, une entreprise de science et technologie des matériaux. Le projet a été co-dirigé par l'étudiante diplômée Natasha Gunawan des laboratoires des professeurs Michael Burkart (Division des sciences physiques) et Stephen Mayfield (Division des sciences biologiques), et par Marissa Tessman d'Algenesis. Il s'agit de la dernière d'une série de publications de recherche récentes qui, collectivement, selon Burkart, offrir une solution complète au problème des plastiques, au moins pour les polyuréthanes.
"Le document montre que nous avons des mousses de qualité commerciale qui se biodégradent dans l'environnement naturel, " a déclaré Mayfield. "Après des centaines de formulations, nous en avons finalement obtenu un qui répondait aux spécifications commerciales. Ces mousses contiennent 52 % de biocontenu, et nous finirons par atteindre 100 %."
Biodégradation des cubes PU sur 12 semaines. La dégradation a été analysée par A) Changement d'apparence, B) Masse du cube et C) Force maximale à 50 % de déformation de la force de compression (CFD). Les barres d'erreur indiquent les écarts types des échantillons des mesures en triple. Pour le compost et la perte de masse du sol, p<0,01 et pour le compost et le sol CFD, p<0,01 (tableau 2 dans un article publié). Crédit :Stephen Mayfield, UC San Diego
En plus de concevoir la bonne formulation pour les mousses de qualité commerciale, les chercheurs ont travaillé avec Algenesis non seulement pour fabriquer les chaussures, mais aussi de les dégrader. Mayfield a noté que les scientifiques ont montré que des produits commerciaux comme les polyesters, les bioplastiques (PLA) et les plastiques combustibles fossiles (PET) peuvent se biodégrader, mais uniquement dans le cadre d'essais en laboratoire ou de compostage industriel.
"Nous avons entièrement redéveloppé les polyuréthanes avec des monomères biosourcés pour répondre aux spécifications élevées des matériaux pour les chaussures, tout en gardant la chimie adaptée, en théorie, donc les chaussures pourraient se biodégrader, " expliqua Mayfield.
Mettre leurs mousses personnalisées à l'épreuve en les immergeant dans un terreau et un terreau traditionnels, l'équipe a découvert les matériaux dégradés après seulement 16 semaines. Pendant la période de décomposition, pour tenir compte de toute toxicité, les scientifiques, dirigé par Skip Pomeroy de l'UC San Diego, mesuré chaque molécule rejetée par les matériaux biodégradables. Ils ont également identifié les organismes qui dégradaient les mousses.
"Nous avons prélevé les enzymes des organismes dégradant les mousses et montré que nous pouvions les utiliser pour dépolymériser ces produits en polyuréthane, puis identifié les étapes intermédiaires qui ont lieu dans le processus, " dit Mayfield, ajouter, « Nous avons ensuite montré que nous pouvions isoler les produits dépolymérisés et les utiliser pour synthétiser de nouveaux monomères polyuréthanes, terminer une « boucle biologique ». »
Semelle de tongs tirée d'un moule. Crédit :Stephen Mayfield, UC San Diego.
Cette recyclabilité complète des produits commerciaux est la prochaine étape de la mission en cours du scientifique pour résoudre les problèmes actuels de production et de gestion des déchets auxquels nous sommes confrontés avec les plastiques - qui, s'ils ne sont pas résolus, se traduira par 96 milliards de tonnes de plastique dans les décharges ou dans l'environnement naturel d'ici 2050. Selon Pomeroy, cette pratique peu respectueuse de l'environnement a commencé il y a environ 60 ans avec le développement des plastiques.
« Si vous pouviez revenir en arrière et réimaginer comment vous pourriez créer l'industrie des polymères de pétrole, feriez-vous la même chose aujourd'hui que nous l'avons fait il y a des années ? Il y a un tas de plastique flottant dans tous les océans de cette planète qui suggère que nous n'aurions pas dû procéder ainsi, " a noté Pomeroy.
Alors que commercialement sur la bonne voie pour la production, le faire économiquement est une question d'échelle que les scientifiques travaillent avec leurs partenaires de fabrication.
« Les gens se plaignent de la pollution plastique des océans et commencent à exiger des produits capables de faire face à ce qui est devenu une catastrophe environnementale, " a déclaré Tom Cooke, président d'Algénèse. « Il se trouve que nous sommes au bon endroit au bon moment.
IMS d'organismes dérivés du compost poussant sur des plaques de gélose PUM9. A) Photographie de la croissance de la culture une semaine après incubation, with scale bar for all images. B–F) Mass distributions indicating location and relative intensity of the given m/z value and its molecular association. G) Relative intensity scale for B–F. See Supplementary Data for evidence of molecular assignments. Credit:Stephen Mayfield, UC San Diego.
The team's efforts are also manifested in the establishment of the Center for Renewable Materials at UC San Diego. Begun by Burkart, Mayfield, Pomeroy and their co-founders Brian Palenik (Scripps Institution of Oceanography) and Larissa Podust (Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences), the center focuses on three major goals:the development of renewable and sustainable monomers made from algae and other biological sources; their formulation into polymers for diverse applications, the creation of synthetic biology platforms for the production of monomers and crosslinking components; and the development and understanding of biodegradation of renewable polymers.
"The life of material should be proportional to the life of the product, " said Mayfield. "We don't need material that sits around for 500 years on a product that you will only use for a year or two."
