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Nueva ciencia detrás de las chanclas biodegradables a base de algas


Como el calzado más popular del mundo, las chanclas representan un porcentaje preocupante de desechos plásticos que terminan en los vertederos, en las costas y en nuestros océanos. 


por la Universidad de California – San Diego


Los científicos de la Universidad de California en San Diego han pasado años trabajando para resolver este problema y ahora han dado un paso más hacia el logro de esta misión.

Siguiendo con su química, el equipo de investigadores formuló espumas de poliuretano , hechas de aceite de algas, para cumplir con las especificaciones comerciales de los zapatos con entresuela y la plantilla de las chanclas. Los resultados de su estudio se publican en Bioresource Technology Reports y describen el desarrollo exitoso del equipo de estos materiales sostenibles, listos para el consumidor y biodegradables .

La investigación fue una colaboración entre UC San Diego y la empresa emergente Algenesis Materials, una empresa de ciencia y tecnología de materiales . El proyecto fue codirigido por la estudiante de posgrado Natasha Gunawan de los laboratorios de los profesores Michael Burkart (División de Ciencias Físicas) y Stephen Mayfield (División de Ciencias Biológicas), y por Marissa Tessman de Algenesis. Es la última de una serie de publicaciones de investigación recientes que colectivamente, según Burkart, ofrecen una solución completa al problema de los plásticos, al menos para los poliuretanos.

«El documento muestra que tenemos espumas de calidad comercial que se biodegradan en el entorno natural», dijo Mayfield. «Después de cientos de formulaciones, finalmente logramos una que cumplía con las especificaciones comerciales. Estas espumas tienen un 52 por ciento de biocontenido; eventualmente llegaremos al 100 por ciento».

Nueva ciencia detrás de las chanclas a base de algas
Biodegradación de cubos de PU durante 12 semanas. La degradación se analizó mediante A) Cambio de apariencia, B) Masa del cubo y C) Fuerza máxima al 50% de deflexión de la fuerza de compresión (CFD). Las barras de error indican las desviaciones estándar de la muestra de las mediciones por triplicado. Para compost y pérdida de masa de suelo, p <0.01 y para compost y CFD de suelo, p <0.01 (Cuadro 2 en artículo publicado). Crédito: Stephen Mayfield, UC San Diego

Además de diseñar la formulación correcta para las espumas de calidad comercial, los investigadores trabajaron con Algenesis no solo para fabricar los zapatos, sino también para degradarlos. Mayfield señaló que los científicos han demostrado que los productos comerciales como los poliésteres, los bioplásticos (PLA) y los plásticos de combustibles fósiles (PET) pueden biodegradarse, pero solo en el contexto de pruebas de laboratorio o compostaje industrial.

«Desarrollamos nuevamente poliuretanos con monómeros de base biológica desde cero para cumplir con las altas especificaciones de materiales para zapatos, manteniendo la química adecuada, en teoría, para que los zapatos pudieran biodegradarse», explicó Mayfield.

Al poner a prueba sus espumas personalizadas sumergiéndolas en abono y suelo tradicionales, el equipo descubrió que los materiales se degradaban después de solo 16 semanas. Durante el período de descomposición, para tener en cuenta cualquier toxicidad, los científicos, liderados por Skip Pomeroy de UC San Diego, midieron cada molécula desprendida de los materiales biodegradables. También identificaron los organismos que degradaban las espumas.

«Tomamos las enzimas de los organismos que degradan las espumas y demostramos que podíamos usarlas para despolimerizar estos productos de poliuretano, y luego identificamos los pasos intermedios que tienen lugar en el proceso», dijo Mayfield, y agregó: «Luego demostramos que podíamos aislar los productos despolimerizados y utilizarlos para sintetizar nuevos monómeros de poliuretano, completando un ‘bioloop’ «.

Nueva ciencia detrás de las chanclas a base de algas
Foot-bed de flip-flops extraídos de un molde. Crédito: Stephen Mayfield, UC San Diego.

Esta reciclabilidad total de los productos comerciales es el siguiente paso en la misión continua del científico de abordar los problemas actuales de producción y gestión de desechos que enfrentamos con los plásticos, que si no se abordan, resultarán en 96 mil millones de toneladas de plástico en los vertederos o en el medio ambiente natural para 2050. Según Pomeroy, esta práctica nociva para el medio ambiente comenzó hace unos 60 años con el desarrollo de los plásticos.

«Si pudieras retroceder el tiempo y volver a imaginar cómo podrías hacer la industria de los polímeros de petróleo, ¿harías lo mismo hoy que lo hicimos hace años? Hay un montón de plástico flotando en todos los océanos de este planeta que sugiere que no debería haberlo hecho de esa manera «, señaló Pomeroy.

Si bien comercialmente está encaminado a la producción, hacerlo económicamente es una cuestión de escala que los científicos están trabajando con sus socios de fabricación.

«La gente se está acercando a la contaminación plástica del océano y comienza a demandar productos que puedan abordar lo que se ha convertido en un desastre ambiental», dijo Tom Cooke, presidente de Algenesis. «Estamos en el lugar correcto en el momento correcto».

Nueva ciencia detrás de las chanclas biodegradables a base de algas
IMS de organismos derivados del compost que crecen en placas de agar-película PUM9. A) Fotografía del crecimiento del cultivo una semana después de la incubación, con barra de escala para todas las imágenes. B – F) Distribuciones de masa que indican la ubicación y la intensidad relativa del valor m / z dado y su asociación molecular. G) Escala de intensidad relativa para B – F. Consulte Datos complementarios para obtener pruebas de asignaciones moleculares. Crédito: Stephen Mayfield, UC San Diego.

Los esfuerzos del equipo también se manifiestan en el establecimiento del Centro de Materiales Renovables en UC San Diego. Iniciado por Burkart, Mayfield, Pomeroy y sus co-fundadores Brian Palenik (Scripps Institution of Oceanography) y Larissa Podust (Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences), el centro se centra en tres objetivos principales: el desarrollo de monómeros renovables y sostenibles hechos de algas y otras fuentes biológicas; su formulación en polímeros para diversas aplicaciones, la creación de plataformas de biología sintética para la producción de monómeros y componentes reticulantes; y el desarrollo y comprensión de la biodegradación de polímeros renovables.

«La vida útil del material debe ser proporcional a la vida útil del producto», dijo Mayfield. «No necesitamos material que permanezca durante 500 años en un producto que solo usará durante uno o dos años».


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