Amerikaanse onderzoekers hebben een manier bedacht waarmee ook bestaande plastics zichzelf mogelijk af kunnen breken.
Tijdens een wandeling door Bear Mountain State Park in de VS schrok chemicus Yuwei Gu van wat hij zag: overal langs het pad lagen plastic flessen. Die schrik werd het begin van een nieuw idee dat succesvol bleek: een nieuw type kunststof dat makkelijk afbreekt nadat het zijn doel heeft gediend. Het onderzoek is te vinden in Nature Chemistry.
Natuurlijke polymeren
Gu is chemicus en werkt normaal gesproken veel met polymeren. Dat zijn lange ketens van aan elkaar gekoppelde bouwstenen. Plastic is zo’n polymeer, maar ook DNA, RNA en eiwitten vallen in die groep. Toch is er een groot verschil, legt Gu uit. “De natuur gebruikt overal polymeren voor, zoals eiwitten, DNA, RNA en cellulose,” zegt Gu. “Toch heeft de natuur nooit te maken met de langdurige ophoping die we zien bij kunstmatige plastics.”
Gu laat weten dat in natuurlijke polymeren kleine ‘hulpgroepjes’ te vinden zijn. Die zorgen ervoor dat de chemische bindingen in de keten makkelijker loslaten wanneer dat nodig is. Daardoor breken DNA, eiwitten en andere natuurlijke polymeren uiteindelijk heel snel af.
Kleine hulpgroepjes
“Tijdens mijn wandeling dacht ik: wat als we die truc van de natuur kopiëren?” vertelt Gu. In het lab besloten de onderzoekers dat te proberen. Ze pasten de chemische structuur van een kunststof zo aan dat er kleine ‘hulpgroepen’ naast de hoofdketen kwamen te zitten. Die groepen zijn zo geplaatst dat ze de bindingen in de keten later kunnen helpen breken.
De oplossing bleek bijzonder effectief. Door de hulpgroepjes kan het kunstmatige polymeer duizenden keren sneller afbreken dan normaal. Dat terwijl het materiaal tijdens gebruik gewoon sterk blijft. De basisblokken van het plastic veranderen namelijk niet; alleen de manier waarop de keten op een later moment kan worden afgebroken.
Instelbare levensduur
Het bijzondere is dat de duur van de afbraakperiode in te stellen is. De exacte plek en de stand van de hulpgroepen in de keten blijken daarvoor erg belangrijk. “We ontdekten dat de ruimtelijke rangschikking van deze groepjes bepaalt hoe snel het polymeer afbreekt,” zegt Gu. “Door hun oriëntatie en positie te sturen kunnen we hetzelfde materiaal zo ontwerpen dat het afbreekt in dagen, maanden of zelfs jaren.”
Met andere woorden: de levensduur kan worden afgestemd op het gebruik. Een wegwerpbakje voor afhaalmaaltijden hoeft misschien maar één dag mee te gaan, terwijl onderdelen in een auto het juist jaren vol moeten kunnen houden. Door de precieze positie en richting van de ‘hulpgroepjes’ aan te passen kan dat makkelijk geregeld worden.
Giftige vloeistof
De mogelijke toepassingen gaan volgens Gu verder dan alleen het verminderen van zwerfafval. Volgens hem zou het ook mogelijk moeten zijn om er medicijncapsules van te maken die op een bepaald moment loslaten. Ook denkt hij aan het ontwikkelen van coatings die zichzelf na verloop van tijd kunnen wissen.
Het idee heeft nog een lange weg te gaan voordat het op de markt zal verschijnen. Uit een lopend vervolgonderzoek blijkt nu al dat er een vloeistof vrijkomt op het moment dat plastic zichzelf af begint te breken. Die vloeistof lijkt niet giftig te zijn, maar helemaal zeker is dat nog niet. Daarom onderzoeken ze nu eerst stap voor stap de hele levenscyclus van het ontwikkelde materiaal. Ook bekijken ze of hun chemische truc toepasbaar is op andere al bestaande plastics en of de techniek past binnen bestaande fabrieksprocessen.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Hoeveel plastic er nodig is om een bruinvis of zeeschildpad te doden? Veel minder dan je denkt en Dit plastic is gemaakt van bamboe en lost in de natuur vanzelf op . Of lees dit artikel: Nieuwe katalysator maakt het recyclen van plastic nog efficiënter .
Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week?
Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
