I ricercatori dell’Istituto Weizmann hanno sviluppato un materiale composito biodegradabile che potrebbe svolgere un ruolo significativo nel risolvere la crisi globale dei rifiuti di plastica.
Miliardi di tonnellate di rifiuti di plastica affollano il nostro pianeta, accumulandosi sulla terraferma, depositandosi negli oceani o disintegrandosi in minuscole particelle chiamate microplastiche, che inquinano l’aria e l’acqua, infiltrandosi nella vegetazione e nei flussi sanguigni di umani e animali.
La minaccia rappresentata dalla plastica si intensifica ogni anno, poiché è composta da molecole massive chiamate polimeri che resistono alla biodegradazione.
Attualmente, le plastiche biodegradabili rappresentano meno di un quinto della produzione totale di plastica, e i processi necessari per decomporle rimangono relativamente complicati.
In uno studio pubblicato su ACS Nano, la dottoressa Angelica Niazov-Elkan, il dottor Haim Weissman e il professor Boris Rybtchinski del Dipartimento di Chimica Molecolare e Scienza dei Materiali presso l’Istituto Weizmann di Scienza hanno creato un nuovo materiale plastico composito che si degrada facilmente utilizzando batteri.
Questo nuovo materiale, prodotto combinando un polimero biodegradabile con cristalli di una sostanza biologica, presenta tre principali vantaggi: è economico, facile da preparare e molto resistente.
Hanno partecipato allo studio anche il defunto dottor Eyal Shimoni, il dottor XiaoMeng Sui, il dottor Yishay Feldman e il professor H. Daniel Wagner.
Attualmente, molte industrie stanno adottando con entusiasmo plastiche composito, che sono realizzate combinando due o più materiali puri e possiedono varie proprietà benefiche come leggerezza e resistenza.
Queste plastiche sono ora utilizzate per produrre parti chiave di una vasta gamma di prodotti industriali, dagli aerei e automobili alle biciclette.
Cercando di creare una plastica composito che soddisfacesse le esigenze dell’industria pur essendo ecologica, i ricercatori del Weizmann hanno deciso di concentrarsi su materiali di origine comune ed economica le cui proprietà potessero essere migliorate.
Hanno scoperto che le molecole di tirosina, un aminoacido prevalente che forma nanocristalli eccezionalmente forti, potevano essere utilizzate come componente efficace in una plastica composito biodegradabile.
Dopo aver esaminato come la tirosina si combina con diversi tipi di polimeri, hanno scelto l’idrossietil cellulosa, un derivato della cellulosa, ampiamente impiegato nella produzione di medicinali e cosmetici.
Da sola, l’idrossietil cellulosa è un materiale debole che si disintegra facilmente. Per combinarla con la tirosina, i due materiali sono stati mescolati insieme in acqua bollente.
Quando si sono raffreddati e asciugati, si è formato un materiale plastico composito eccezionalmente resistente, composto da nanocristalli simili a fibre di tirosina che sono cresciuti nella idrossietil cellulosa e si sono integrati con essa.
In un esperimento che ha dimostrato la resistenza del nuovo materiale, una striscia spessa 0,04 millimetri del materiale ha sopportato un carico di 6 chilogrammi.
Inoltre, il team ha scoperto che il nuovo materiale aveva diverse altre caratteristiche uniche, rendendolo ancora più utile per l’industria.
Questa nuova plastica composito, oltre ad essere molto resistente, è anche più duttile (malleabile) rispetto al suo componente principale, l’idrossietil cellulosa.
La combinazione dei due materiali ha creato una sinergia che si manifesta nell’emergere di proprietà straordinarie e, di conseguenza, ha un enorme potenziale industriale.
Poiché sia la cellulosa che la tirosina sono commestibili, la plastica composito biodegradabile può effettivamente essere mangiata.
Rybtchinski conclude: “Lo studio di approfondimento che abbiamo già avviato potrebbe far avanzare il potenziale commerciale di questo nuovo materiale, poiché abbiamo sostituito l’ebollizione in acqua con la fusione, come è più comune nell’industria.”
Ciò significa che riscaldiamo i polimeri biodegradabili fino a renderli liquidi e poi mescoliamo la tirosina o altri materiali adatti.
Se riusciremo a superare le sfide scientifiche e tecniche coinvolte in questo processo, saremo in grado di esplorare la possibilità di produrre questa nuova plastica composito su scala industriale.
Riferimento: Emergent Self-Assembly of Sustainable Plastics Based on Amino Acid Nanocrystals di Angelica Niazov-Elkan, Haim Weissman, Eyal Shimoni, XiaoMeng Sui, Yishay Feldman, H. Daniel Wagner e Boris Rybtchinski, 23 ottobre 2023, ACS Nano. DOI: 10.1021/acsnano.3c02528
La ricerca del professor Boris Rybtchinski è supportata dal Tom and Mary Beck Center for Advanced and Intelligent Materials e dal Wolfson Family Charitable Trust & the Wolfson Foundation.
