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每年数百万吨废弃塑料排放到海洋 2050年海洋中塑料的重量将和鱼一样多

2022-11-02 09:56:11  来源:快科技

每年数百万吨废弃塑料排放到海洋。即使最深的海沟底部,也发现有塑料的痕迹。照此趋势,2050 年,海洋中塑料的重量将和鱼一样多。

大多数所谓的“可生物降解”塑料,如聚乳酸(PLA),仅在工业堆肥设施中设计和测试,这些设施缺氧且温度相对较高。而在实际中,它们往往得不到充分回收。海洋条件通常是寒冷、黑暗的,导致典型的可生物降解塑料在海洋中也分解得十分缓慢。

与此同时,海洋学家越来越依赖塑料材质的仪器。这些消耗性仪器广泛应用在预测天气、指导海上运输、模拟不断变化的气候等方面,但在其使用寿命结束后通常不会被回收,而成为环境的威胁。海洋可降解塑料对于海洋学家来说至关重要;从更大的角度来看,以海洋为基础的蓝色经济更需要创新的解决方案来满足材料需求。

为了解决这个问题,罗切斯特大学生物系副教授 博士与加州大学圣巴巴拉分校的海洋微生物学家 博士、罗德岛大学海洋学家 、来自海峡群岛国家海洋保护区的生态学家 以及行业合作伙伴 展开合作,以期制造出具有一定降解率和保质期、适用于各种海洋仪器应用及其他用途的生物材料。

美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)正在通过 3000 万美元的投资来应对与气候、可持续性、食品、能源、污染和经济相关的挑战。在 NSF 融合加速器计划支持下,他们成立了研究小组“Nereid Biomaterials”。

该小组分属于融合加速器的 E 赛道。E 赛道的重点是互联互通蓝色经济,加速跨海洋部门的融合研究,包括为海洋创新、勘探和可持续利用创建一个智能、综合、互联和开放的生态系统。该赛道共有 6 个团队进入计划的第二阶段——网络蓝色经济,其中包括 Nereid Biomaterials 小组。

Nereid 获得了 100 万美元研究经费用以开发可在海洋环境中降解的生物塑料。通过融合海洋微生物学、合成生物学、材料科学和机器人技术,该团队正在开发带有嵌入式添加剂的“海洋可降解”聚合物,以加速和控制降解。“我们由 NSF 资助的新项目将首次创造出可以在海洋环境中降解的生物塑料。” 说。

到目前为止,该团队已与五家海洋设备制造商合作,这些制造商已承诺用该团队的海洋可降解材料替换所有或大部分传统石油化工塑料部件。“这将为海洋观测、珊瑚礁恢复和海上防御领域引入新的可持续性。” 说。这也为该团队提供了一条明确的商业化道路。

为了制造出可海洋降解的塑料,该团队利用了自然界中已经存在的“工艺”。他们的材料基于一种称为聚羟基丁酸酯(PHB)的生物聚合物,由 提供。PHB 是由细菌自然产生的化合物,许多海洋细菌可将 PHB 完全降解为二氧化碳和水,而不会产生微塑料或其他有害副产物。

Nereid 的技术将这种创新型“活材料”与天然存在的 PHB 降解细菌相结合。需要注意的是,生物塑料本身不会在海水中“分解”,而是被微生物的代谢活动分解;而材料中的细菌充当分解材料的“能量”。为此, 的实验室正在用废水处理厂排放的甲烷培养可以分解 PHB 的新细菌。该工作重点之一是分离在海洋寒冷条件下茁壮成长的细菌。

“可生物降解材料的需求巨大,对材料的寿命也有不同的要求。” 补充道,该团队与处理海洋垃圾的监管机构和非营利组织进行了交谈,发现一些团体想要一种可以在一天内分解掉的材料,也有人想要能够维持一年的设备,还有一些团体希望能够引发降解。

这便是 实验室的用武之地。Meyer 和她的实验室成员已经开发出了首款细菌 3D 打印机。这种革命性的 3D 生物打印方法使他们能够创建含有 PHB 降解细菌的工程活细菌。该方法战略性地将这些细菌“安置”在塑料上,为用户提供了生物聚合物不同降解时间和降解速度的选择。

制定这一战略是该项目第一阶段的一部分。在此期间,团队还收集了意见并构建了一个原型,该原型是利用罗德岛大学阿曼的海洋传感器设计专业知识创建的。

第二阶段的研究将涉及在现实世界中部署生物塑料。通过与十几个致力于使用这项新技术的行业合作伙伴合作,该团队将看到他们的生物塑料在不同海洋条件下的表现以及材料如何被分解。该团队还会研发在海洋环境中保留数周、数月和数年三种不同时间尺度降解的生物材料,以进一步满足各种用户的不同需求;另外还将开发能够在生命结束时按需触发生物塑料降解的技术。他们的目标是将新材料用于可消耗的海洋仪器上,这样它们便不需回收。

该团队还将参加 NSF 融合加速器的创新和创业课程,其中包括产品开发、知识产权、财政资源、可持续发展规划以及沟通和推广方面的培训。

如果第二阶段一切顺利,海洋生物塑料可能会有无数的应用,并彻底改变远洋塑料。

“在将我们的海洋可降解生物塑料引入海洋仪器后,我们计划扩展到其他应用,” 说,“我们在海洋中分解的坚韧塑料可能非常适合水产养殖和渔业、生态系统恢复工作、海上防御或政府机构,如 NOAA(国家海洋和大气管理局)国家数据浮标中心。

关键词: 复合生物塑料实现真正的可降解 复合生物塑料 复合生物 生物塑料

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