Nalazi istraživačke grupe s Tokijskog tehnološkog instituta utiru put održivim kružnim sustavima koji istodobno rješavaju pitanja kao što su onečišćenje plastikom, iscrpljivanje petrokemijskih resursa i glad u svijetu.

Plastika je pokorila svijet tijekom prošlog stoljeća, pronalazeći primjene u gotovo svakom aspektu našeg života. Međutim, porast tih sintetičkih polimera, koji čine osnovu plastike, pridonio je mnogim ozbiljnim ekološkim pitanjima. Najgore od njih je prekomjerna uporaba petrokemijskih spojeva i zbrinjavanje nerazgradivih materijala bez recikliranja; samo 14% ukupnog plastičnog otpada se reciklira, što jedva da dotiče dubinu samog problema.

Da bismo riješili plastičnu zagonetku, moramo razviti "kružne" sustave u kojima izvorni materijali koji se koriste za proizvodnju plastike dolaze u punom krugu nakon odlaganja i recikliranja.

Na Tokijskom tehnološkom institutu grupa znanstvenika na čelu s docentom Daisuke Aokijem i profesorom Hideyuki Otsukaom pioniri su novog koncepta. U novom ekološki prihvatljivom procesu plastika proizvedena biomasom (bioplastika) kemijski se reciklira natrag u gnojiva. Ova studija bit će objavljena u Green Chemistry, časopisu Kraljevskog društva za kemiju s naglaskom na inovativna istraživanja o održivim i ekološki prihvatljivim tehnologijama.

Grupa se usredotočila na poli (izosorbid karbonat) ili "PIC", vrstu bio-baziranog polikarbonata koji je privukao veliku pozornost kao alternativu polikarbonatima na bazi nafte. PIC se proizvodi pomoću netoksičnog materijala dobivenog iz glukoze koja se naziva izosorbid (ISB) kao monomer. Zanimljivo je da se karbonatne veze kojima se povezuju ISB jedinice mogu prekinuti amonijakom (NH3), u procesu poznatom kao "amonoliza". Proces proizvodi ureu, molekulu bogatu dušikom koja se široko koristi kao gnojivo. Iako ova kemijska reakcija nije bila nepoznata znanosti, nekoliko studija o razgradnji polimera usredotočilo se na potencijalnu uporabu svih produkata razgradnje umjesto samo monomera.

Prvo, znanstvenici su istražili koliko se dobro može provesti potpuna amonoliza PIC-a u vodi u blagim uvjetima (30°C i atmosferski tlak). Obrazloženje ove odluke bilo je izbjegavanje upotrebe organskih otapala i prekomjernih količina energije. Grupa je pažljivo analizirala sve reakcijske produkte različitim sredstvima, uključujući spektroskopiju nuklearne magnetske rezonancije, Fourierovu infracrvenu spektroskopiju i gel permacijsku kromatografiju.

Iako su na taj način uspjeli proizvesti ureu, degradacija PIC-a nije bila potpuna ni nakon 24 sata, a mnogi derivati ISB-a još uvijek su prisutni. Stoga su istraživači pokušali povećati temperaturu i otkrili da se potpuna degradacija može postići za oko šest sati na 90 °C.

Aoki ističe prednosti ovog pristupa: "Reakcija se javlja bez ikakvog katalizatora, pokazujući da se amonoliza PIC-a može lako izvesti pomoću akvaoznog amonijaka i grijanja. Stoga je ovaj postupak operativno jednostavan i ekološki prihvatljiv sa stajališta kemijskog recikliranja."

Konačno, kao dokaz koncepta da se svi PIC produkti razgradnje mogu izravno koristiti kao gnojivo, grupa je provela eksperimente rasta biljaka s Arabidopsis thaliana, modelnog organizma. Otkrili su da biljke tretirane svim produktima razgradnje PIC-a rastu bolje od biljaka tretiranih samo ureom.

Ukupni rezultati ove studije pokazuju izvedivost razvoja sustava gnojiva iz plastike. Sustavi ne samo da mogu pomoći u borbi protiv onečišćenja i iscrpljivanja resursa, već i doprinijeti zadovoljavanju sve većih svjetskih zahtjeva za hranom. Aoki zaključuje: "Uvjereni smo da naš rad predstavlja prekretnicu prema razvoju održivih polimernih materijala koji se mogu reciklirati u bliskoj budućnosti. Era 'kruha od plastike' je odmah iza ugla!"