In den letzten Jahren sind sich die Menschen der Bedeutung der ökologischen Umwelt immer mehr bewusst geworden und erkennen, dass die wirtschaftliche Entwicklung nicht auf Kosten der ökologischen Umwelt erreicht werden kann, da die natürliche Umwelt die materielle Grundlage für das Überleben und die Fortpflanzung des Menschen und den Schutz darstellt Die Verbesserung der natürlichen Umwelt ist die Voraussetzung für das Überleben und die Entwicklung des Menschen.
Laut einer Studie, die am 19. März 2020 in wissenschaftlichen Berichten veröffentlicht wurde, kann das Öffnen von Kunststoffverpackungen (wie Schokoladenplastiktüten und -flaschen) bei der täglichen Arbeit eine kleine Menge kleiner Kunststoffpartikel mit einer Länge von weniger als 5 mm produzieren, nämlich Mikrokunststoffe.
Gegenwärtig ist nicht klar, welche Risiken und möglichen Toxizitäten sie mit sich bringen und wie sie vom Menschen aufgenommen werden, und die nächste Forschung ist für den Menschen erforderlich.
Aus den oben genannten Untersuchungen geht hervor, dass alltägliche Kunststoffe Mikrokunststoffe mit sich bringen können, die gesundheitsschädlich sein können. Es gibt jedoch mehr Kontroversen über Kunststoffe.
Heute werden wir über die Beziehung zwischen Kunststoff und Mikroorganismen, einer der Hauptumweltverschmutzungen, sprechen und diskutieren, wie Mikroorganismen zur Lösung des Problems der Kunststoffverschmutzung eingesetzt werden können. Es ist zu hoffen, dass dieses Papier relevante Branchen sowie wissenschaftliche und technologische Praktiker inspiriert und die Leser daran erinnert, auf den Umweltschutz zu achten.
Vor- und Nachteile von Kunststoffen
In den 1950er Jahren, mit dem Aufkommen des "plastischen Zeitalters", hat die Bautechnologie enorme Veränderungen erfahren. Die Entwicklung der Industrie für fossile Brennstoffe hat eine breite Palette von Kunststoffen hervorgebracht, von Isoliermaterialien über mechanische Materialien bis hin zu Beschichtungen. Alle Arten von Materialien haben sich verändert. Kunststoffe sind bis heute ein allgegenwärtiger Bestandteil jedes Bauteils.
Es ist nicht nur Architektur, es ist eigentlich überall Plastik. Plastik findet sich in der Kleidung, den Häusern, in denen wir leben, und den Autos, die wir fahren. Plastik kann auch in dem Fernseher gefunden werden, den wir sehen, den Computern, die wir benutzen, und den Werkzeugen, die wir benutzen. Menschen verwenden Plastikprodukte an verschiedenen Orten, um das Leben bequemer, sicherer und angenehmer zu gestalten.
Tatsächlich stammt der Rohstoff für Kunststoffe jedoch hauptsächlich aus Öl oder Erdgas, was viele Probleme verursachen wird. Zum Beispiel sind die Ölressourcen sehr begrenzt. Beispielsweise ist es bei der Ölgewinnung und -raffination sehr leicht, Umweltverschmutzung zu verursachen. Zusätzlich zu der durch den Bergbau- und Raffinerieprozess verursachten Standardverschmutzung besteht das Potenzial für schwere Unfälle mit ökologischen Schäden wie die massive Ölverschmutzung entlang der Golfküste im Jahr 2010.
Andererseits werden bei der Herstellung von Kunststoffen giftige Chemikalien freigesetzt. Zusammen mit der Herstellung von Kunststoffen werden viele schädliche Chemikalien produziert, die dann unweigerlich über Wasser, Boden und Luft in unser Ökosystem gelangen und dieses zerstören. Viele dieser Chemikalien sind persistente organische Schadstoffe, eines der zerstörerischsten Giftstoffe der Erde.
Darüber hinaus sind Kunststoffe schwer abzubauen. Einige Plastiktüten und Flaschen können Hunderte, Tausende oder sogar Millionen von Jahren ohne Abbau durchlaufen, da die meisten Mikroorganismen in der Natur Plastik nicht als Lebensmittel verwenden und es daher nicht zersetzen.
Einige kürzlich entdeckte neue Mikroben können uns jedoch bei der Lösung dieses Problems helfen.
Neue Bakterien tragen zum Abbau von Kunststoffen bei
Polystyrol ist die Schlüsselkomponente von Einweg-Kunststoffprodukten wie Einwegbechern, Geschirr, Spielzeug und Verpackungsmaterialien. Gegenwärtig steigen die Produktion und der Verbrauch von Polystyrol in verschiedenen Branchen exponentiell an, was eine große Gefahr für die Umwelt darstellt, und die geringe Effizienz der Abfallverwertung verschärft dieses Problem.
Nach den Statistiken der Vereinten Nationen fallen weltweit jährlich etwa 300 Millionen Tonnen Plastikmüll an, von denen nur etwa 10% recycelt werden. Es wird geschätzt, dass Indien jährlich etwa 16,5 Millionen Tonnen Kunststoff verbraucht. AIPMA schätzt, dass die Kunststoffindustrie etwa 14 Millionen Tonnen Polystyrol produziert, die alle nicht abbaubar sind.
Vor kurzem kündigte der indische Premierminister an, dass Einweg-Kunststoffprodukte bis 2022 in Indien, das ein Fünftel der täglichen Kunststoffprodukte ausmacht, nicht mehr verwendet werden. Daher wird diese Initiative in Indien von großer Bedeutung sein.
Kürzlich entdeckte das Team von Richa Priyadarshini von der SHIV Nadar Universität in Grand Noida, Uttar Pradesh, Indien, zwei Arten von "essbaren Plastik" -Bakterien aus dem Feuchtgebiet in Grand Noida, die eine Umweltalternative zur Lösung der Plastikverschmutzungskrise darstellen könnten.
Die beiden vom Team isolierten Bakterien sind der Exiguobacterium-Stamm dr11 und der Exiguobacterium undae-Stamm dr14. Die Forschung zeigt, dass sie das Potenzial haben, Polystyrol zu zersetzen.
"Unsere Daten zeigen die Tatsache, dass das extremophile Bakterium Exiguobacterium Polystyrol abbauen und weiter zur Verringerung der durch Kunststoffe verursachten Umweltverschmutzung verwendet werden kann", sagte Priyadarshini
"Feuchtgebiete sind einer der vielfältigsten Lebensräume für Mikroorganismen, aber sie sind relativ unerforscht", sagte Priyadarshini. Daher sind diese Ökosysteme ideale Orte, um Bakterien mit neuen biotechnologischen Anwendungen zu isolieren. ""
Polystyrol hat ein hohes Molekulargewicht und eine langkettige Polymerstruktur und eine gute Anti-Abbau-Leistung. Das ist der Grund, warum sie laut einer in der Zeitschrift RSC veröffentlichten Studie in der Umwelt bestehen bleiben.
Das Team stellte fest, dass die beiden isolierten Bakterien, als sie mit Kunststoff (Polystyrol) in Kontakt kamen, ihn als Kohlenstoffquelle und zur Herstellung von Biofilmen verwendeten. Dies verändert die physikalischen Eigenschaften von Polystyrol und startet einen natürlichen Abbauprozess. Dann können Bakterien die Polymerkette durch Freisetzung von Hydrolase zerstören.
Derzeit versucht das Team, den Stoffwechsel dieser Stämme zu bewerten, um sie für die Bioremediation in der Umwelt zu verwenden.
"Als wir wissenschaftliche Untersuchungen zu Feuchtgebieten auf dem Campus durchführten, fanden wir versehentlich Bakterien in 'essbarem Kunststoff'", sagte Rupamanjari Ghosh, Vizepräsident der SHIV Nadar University. Dies ist eine relativ ideale Lösung, um den natürlichen Abbau von Kunststoffen zu unterbrechen und einen biologischen Abbau durchzuführen. ""
Priyadarshini fügte hinzu: "Wir haben das Gebiet zunächst nur erkundet, um die Bakterienarten in diesen Gebieten zu verstehen, aber schließlich viele Bakterienarten mit einzigartigen Verwendungszwecken isoliert."
Sie wies darauf hin, dass mit der Entdeckung neuer Stämme mit biologischer Abbaubarkeit von Kunststoffen auch neue Enzyme und potenzielle Stoffwechselwege entdeckt werden könnten, die zur künftigen biologischen Sanierung beitragen werden.
Die Forscher weisen darauf hin, dass beide Bakterien Biofilme auf der Oberfläche von Polystyrol bilden können. Biofilm ist eine Sammlung von Bakterienzellen in Form einer Aggregationsgemeinschaft, um eine sehr hohe Zelldichte zu erreichen, was dazu führt, dass polymerabbauende Enzyme eine stärkere Rolle spielen.
Priyadarshini sagte: "Polystyrol ist schwer abzubauen. Vor dem biologischen Abbau ist irgendeine Form der Vorbehandlung erforderlich, wie chemische, thermische und Photooxidation."
Dr11 und dr14 können nicht nur auf unbehandeltem Polystyrol einen Biofilm bilden, sondern auch unmodifizierte Kunststoffe abbauen.
Priyadarshini sagte auch: "In den letzten Jahren hat die Abhängigkeit der Menschen von Kunststoffprodukten stark zugenommen, was zu einer starken Anreicherung von Kunststoff in der Umwelt geführt hat und sich negativ auf das Ökosystem auswirkt. Daher benötigen die Menschen nachhaltige Methoden zur plastischen Zersetzung. ""
Neben dem Versuch, Kunststoffe abzubauen, suchen viele Menschen nach neuen Materialien, die Kunststoffe ersetzen und abbauen können.
Von links nach rechts: Anne Schauer Gimenez, Allison Pieja und Molly Morse von Mangomaterialien. Neben ihnen befindet sich der Biopolymer-Fermentationstank der Kläranlage in der Nähe der Bucht von San Francisco, der die Bakterien mit dem Methan versorgt, das sie zur Herstellung von Biokunststoffen benötigen. Fotoquelle: Chris Joyce / NPR
Biopolymere als Ersatz für Kunststoffe
Ein Silicon Valley-Start-up versucht, Plastik aus Kleidung zu extrahieren und dann etwas anderes hinzuzufügen, ein biologisch abbaubares Polymer, das Plastik ersetzt.
Polymer ist ein langkettiges Molekül, das aus vielen gleichen Einheiten besteht. Diese Art von Material ist oft haltbarer und elastischer. Kunststoff ist ein Polymer aus Erdölprodukten. In der Natur treten jedoch häufig Biopolymere wie Zellulose in Holz oder Seide von Seidenraupen auf. Sie unterscheiden sich von Kunststoffen dadurch, dass sie in natürliche Substanzen zerlegt werden können.
Molly Morse hofft, Biopolymere herstellen zu können, die einige Kunststoffe ersetzen können. Sie leitet eine kleine Firma namens Mango Materials. Mango ist ihre Lieblingsfrucht. Sie hofft, dass sich der Name ihres Unternehmens von anderen Technologieunternehmen in der Bay Area unterscheidet.
"Wir sind kein typisches Silicon Valley-Startup, wir produzieren Polymere in einer Kläranlage, wir sind keine Gruppe von Leuten, die in einer Garage codieren", sagte Morse
Wie stellt sie Biokunststoffe in einer Kläranlage her?
Morse sagte, es habe angefangen, als sie in der Grundschule war. Sie ging in ein Aquarium und stieß auf eine Ausstellung, eine Simulation von Plastikmüll, der im Ozean schwimmt.
Sie erinnerte sich: "Es gibt eine super große fischähnliche Struktur mit Muschelschalen, genau wie McDonalds-Schaumkunststoffe. Ich war erschrocken und völlig verängstigt. Diese Ausstellung hat mein Leben verändert. Ich finde es lächerlich. Ich möchte sie ändern."
Infolgedessen hat Morse seinen Traum verfolgt und seinen Ph.D. in Umweltingenieurwesen an der Stanford University. Auf einer Wissenschaftskonferenz 2006 lernte sie eine weitere junge Ingenieurin kennen, Anne Schauer Gimenez. "Ich glaube nicht, dass wir erst gegen 4 Uhr morgens darüber sprechen werden", sagte Schauer-Gimenez
Der Prozess besteht darin, Bakterien zur Herstellung von Biopolymeren zu verwenden.
Einige Bakterien können sich von Methan ernähren und ihre eigenen Biopolymere herstellen. Wenn Sie sie gut füttern, produzieren und akkumulieren sie mehr Biopolymere. "Wenn wir durch zu viel Eis oder Schokolade Fett bekommen, wird sich das Fett in unserem Körper und auch die Bakterien ansammeln", erklärt Morse
Bakterien benötigen zur Herstellung von Biopolymeren viel Nahrung. Aus diesem Grund hat Mango Materials in Redwood, Kalifornien, in der Nähe der Bucht von San Francisco, einen Standort in einer Kläranlage namens Silicon Valley Clean Water errichtet. Das Unternehmen wird von Institutionen wie der National Science Foundation unterstützt.
Verunreinigungen im Abwasser oder zumindest Methangas aus dem Abwasser sind bakterielle Lebensmittel. Die Kläranlagen verbrennen das Methan normalerweise oder geben es direkt an die Luft ab. Methan ist ein starkes Treibhausgas. Wenn es in die Atmosphäre abgegeben wird, verursacht es eine globale Erwärmung. Mangomaterialien füttern es an Bakterien.
Dieser Vorgang wird in einem Gärtank abgeschlossen, der sich neben einem großen mit Abwasser gefüllten Stahltank befindet. Die Mango-Ingenieurin Allison Pieja zeigte ihre Erfindung: Es sieht aus wie ein großes Bierfass mit einer Röhre, wie ein Tropfen in einer Ader. "Hier geschehen Wunder", sagte sie
"Wir fügen dem Fermenter ständig Methan und Sauerstoff hinzu und lassen unsere 'geheime Sauce' in den Fermenter fallen, je nachdem, wie die Bakterien wachsen", sagte Allison Pieja, Mikrobiologin bei Mango
"Geheime Sauce" ist ein Zusatzstoff, der vom Team entwickelt wurde, um diesen Prozess aufrechtzuerhalten.
Schließlich, als die Bakterien gemästet wurden, öffnete das Team den Fermenter, um Biopolymere zu erhalten. Sie trocknen es und verwandeln es in eine Kugel.
Bisher haben sie fast 2000 Pfund Biopolymere an interessierte Unternehmen geliefert. Ihr Hauptzielmarkt sind Textilien, obwohl sie sagen, dass Biopolymere auch für Verpackungen verwendet werden können.
Diese Biopolymere können verwendet werden, um bunte Seidenfäden herzustellen, die wie "Kunststoffe" wie Polyesterfasern aussehen und sich anfühlen. Es ist zu hoffen, dass dieses Biopolymer in Kleidung eingewebt wird, um Kunststoffe in Textilien zu ersetzen.
Ärmel aus Biopolymer. Das Mango-Team arbeitet mit mehreren Unternehmen zusammen, um die Wirksamkeit ihrer Biopolymere auf Textilien zu testen. Bildnachweis: Chris Joyce / NPR
Nachteile von Biopolymeren
Schauer-Gimenez sagte, solche Kleidung wäre abbaubar, was die Leute erschreckte: "Oh mein Gott, du hast vor, aus deinen Materialien einen Badeanzug zu machen? Ich gehe zum Meer, es wird mich biologisch abbauen!" Ich sagte: "Nein, Nein es ist nicht so. '"
Zum Abbau benötigen Biopolymere die richtige Temperatur und die entsprechenden Bakterien, um sie zu verdauen, und der Abbauprozess erfordert eine kontinuierliche Exposition über Wochen oder Monate. Morse räumt ein, dass es länger dauern wird, wenn die Bedingungen nicht angemessen sind, wie in der trockenen Wüste von Arizona oder auf dem Meeresboden.
Dies ist ein Nachteil von Biopolymeren, und ein gewisser biologischer Abbau ist nicht so schnell, wie sie versprochen hatten.
John Weinstein, Biologieprofessor an der Castle University in South Carolina, stellte Beutel aus Maispolymer in Feuchtgebiete und stellte fest, dass sie sich langsamer zersetzen als gewöhnliche Plastiktüten. "Sie haben ein neues Material geschaffen, aber wie ist es zusammengebrochen? Ich war überrascht", sagte er über Biokunststoffe.
"Es geht nur um Umweltbedingungen", sagte Ramani Narayan, Chemieingenieur und Biokunststoffexperte an der Michigan State University. "Je länger der biologische Abbau dauert, desto länger wird der Abfall existieren. Während dieser Zeit wird er schwerwiegende negative Auswirkungen auf die Umwelt haben. Auswirkungen, dies ist etwas, das sorgfältig geprüft werden muss."
Das Team von Mango Materials sagt, dass ihr Material ein Biopolymer in Form eines Polyhydroxyalkanoats oder PHA ist. Im Gegensatz zu den meisten Biopolymeren muss es nicht recycelt werden. Unter geeigneten Bedingungen wird es in ein oder zwei Monaten fertig sein. Kann biologisch abgebaut werden. Ihre Produkte werden derzeit unabhängigen Tests unterzogen, um dies zu bestätigen.
Morse räumt ein, dass noch viel zu tun bleibt, um den Weg für Biopolymere zu ebnen. Sie forderte die Menschen auf, weniger Plastik zu verwenden und Gegenstände wiederzuverwenden, anstatt sie wegzuwerfen. Aber sie verfolgt ihren Kindheitstraum - etwas Besseres als Plastik zu finden.
"Wir werden dies nur tun, wenn wir davon überzeugt sind, dass dies eine Lösung für ein großes globales Problem ist."
Plastikverschmutzung: Wie kann man das lösen?
Gegenwärtig ist Kunststoff in unserem Leben immer noch unverzichtbar, aber aufgrund seines langsamen Abbaus hat er zu einer Reihe von Umweltverschmutzungen geführt. Um dieses Problem zu lösen, müssen wir in der Lage sein, Kunststoffe in unserem Leben zu recyceln.
Zweitens können Menschen mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie Wege finden, die Umweltverschmutzung zu verringern oder neue Biomaterialien anstelle von Kunststoffen aus den Mikroorganismen in der Natur herzustellen.
Egal auf welche Weise, es ist wichtig, der Umwelt und der menschlichen Entwicklung förderlich zu sein.
