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Warum kann sich Plastik nicht auf natürliche Weise zersetzen? Diese erstaunlichen Kreaturen können Plastik wiedergeboren machen!
Haben wir bei der Verwendung von Kunststoffprodukten jemals über die Folgen der Verwendung dieser Produkte nachgedacht? Die besondere chemische Struktur von Kunststoff erschwert den natürlichen Abbau in der Umwelt äußerst, was nicht nur die Umwelt belastet, sondern auch die menschliche Gesundheit beeinträchtigt. Um Lösungen zu finden, begannen Wissenschaftler, verschiedene Organismen und die damit verbundenen biologisch abbaubaren Zusatzstoffe zu untersuchen, um das Schicksal von Kunststoffen umzukehren. Hier erfahren Sie, warum Kunststoff nicht auf natürliche Weise abgebaut wird und wie bestehende Biotechnologien die Regeneration von Kunststoff unterstützen können.
Nichtabbaubarkeit von Kunststoff
Bei den meisten synthetischen Kunststoffen handelt es sich um nicht biologisch abbaubare Materialien, deren vollständiger Abbau in der natürlichen Umwelt Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte dauern kann. Dies liegt daran, dass die molekulare Struktur von Kunststoff stabil ist und ihm die abbauenden Enzyme von Mikroorganismen fehlen, die ihn leicht abbauen können. Wenn Kunststoffe außerdem unter dem Einfluss von Sonnenlicht und Hitze einer Photooxidation oder einem thermischen Abbau unterliegen, kann es sein, dass ihre Molekularstruktur einfach in kleinere, aber immer noch schädliche Mikroplastiken zerlegt wird, anstatt dass sie wirklich biologisch abbaubar sind.
Der Aufstieg biologisch abbaubarer Zusatzstoffe
Das Aufkommen biologisch abbaubarer Zusatzstoffe bietet einen neuen Weg zur Lösung der Plastikverschmutzung. Diese Zusatzstoffe können die Abbaugeschwindigkeit von Kunststoffen durch Mikroorganismen erhöhen, sodass Kunststoffe keine dauerhafte Belastung für die Umwelt mehr darstellen. Diese Additive liegen im Allgemeinen in Form von Masterbatches vor, wobei Trägerharze wie Polyethylen und Polypropylen verwendet werden, um den Abbauprozess zu fördern.
Biologisch abbaubare Zusatzstoffe locken Mikroorganismen an die Kunststoffoberfläche, wo sie durch Quorum Sensing abgebaut werden.
Mechanismus des biologischen Abbaus
Mikrobielle Abbaumechanismen von Kunststoffen umfassen häufig direkte und indirekte Wirkungen. Direkte Wirkung bedeutet, dass bestimmte Mikroorganismen Kunststoffabfälle direkt verzehren können und dabei den Kohlenstoff im Kunststoff als Nährstoffquelle nutzen. Studien haben gezeigt, dass Mikroorganismen wie Brevibacillus borstelensis Polyethylen effektiv absorbieren können.
Indirekte Wirkung besteht darin, den Kunststoff durch die Enzyme von Mikroorganismen abzubauen und dadurch seinen Abbau herbeizuführen.
Abbau unter verschiedenen Umgebungsbedingungen
Der Prozess des biologischen Abbaus wird durch Umweltbedingungen beeinflusst und wird in zwei Zustände unterteilt: aerob (aerob) und anaerob (ohne Sauerstoff). Unter aeroben Bedingungen nutzen Mikroorganismen Sauerstoff als Elektronenakzeptor und die Endprodukte sind Kohlendioxid und Wasser. Im Vergleich zum anaeroben Prozess dienen andere Chemikalien (wie Schwefelsäure, Salpetersäure usw.) als Elektronenakzeptoren und erzeugen Methan. In beiden Fällen können Mikroorganismen mit Enzymen am Abbau von Kunststoffen beteiligt sein.
Hauptarten biologisch abbaubarer Zusatzstoffe
Stärke
Stärke ist ein weit verbreiteter biologisch abbaubarer Zusatzstoff, da es sich um ein polymeres Kohlenhydrat handelt, das direkt von Mikroorganismen aufgenommen wird. Die Erneuerbarkeit und die geringen Kosten von Stärke machen sie zur idealen Wahl. Durch die Kombination mit Polyethylen wird der Kunststoff hydrophiler und die Abbaueffizienz von Mikroorganismen verbessert.
Biologische Verbesserung
Unter Bioaugmentation versteht man die Zugabe bestimmter Mikroorganismenstämme zu Kunststoff, um dessen Abbaubarkeit zu verbessern. Diese Methode wurde erfolgreich bei kompostierbaren Kunststoffen eingesetzt, um den natürlichen Abbauprozess von Kunststoffen zu beschleunigen. Am Beispiel von Geobacillus thermoleovorans fördert die erfolgreiche Anlagerung und Zersetzung dieses Mikroorganismus in verschiedenen Umgebungen den biologischen Abbau von Polymilchsäure.
Sauerstoffhilfe
Die Funktion des Sauerstoffhilfsmittels besteht darin, den Mikroorganismen mehr niedermolekulare Kohlenstoffquellen zur Verfügung zu stellen, indem es die Geschwindigkeit der thermischen Oxidation und Photooxidation fördert. Obwohl diese Zusatzstoffe den Abbauprozess beschleunigen können, können sie, sobald sie zu unvollständig abgebautem Kunststoff führen, zur Bildung von Mikroplastik führen. Daher ist bei der Verwendung Vorsicht geboten.
Umweltauswirkungen
Wenn biologisch abbaubare Zusatzstoffe erfolgreich eingesetzt werden können, werden sie von großer Bedeutung für die Reduzierung der Ansammlung von Kunststoffen in der Umwelt sein. Angesichts des Anstiegs des weltweiten Kunststoffverbrauchs ist die Suche nach neuen abbaubaren Zusatzstoffen zur Verkürzung der Abbauzeit zu einem aktuellen Forschungsschwerpunkt geworden. Die Verkürzung der Abbauzeit von Jahrzehnten auf Monate oder sogar Jahre ist ein Ziel, das unseren Erwartungen und Bemühungen würdig ist.
Glauben Sie, dass neue Technologien und biologische Lösungen angesichts der enormen Umweltprobleme, die durch Kunststoffe verursacht werden, unseren Planeten wirklich retten können?
