연구팀은 새로운 생분해성 플라스틱이 뒷마당에서 퇴비화될 수 있음을 발견했습니다.

우리는 삶의 거의 모든 측면에서 플라스틱을 사용합니다. 이러한 재료는 제조 비용이 저렴하고 믿을 수 없을 정도로 안정적입니다. 문제는 우리가 플라스틱 제품을 다 사용했을 때 발생합니다. 플라스틱은 수년간 환경에 남아 있을 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 플라스틱은 환경 및 건강에 심각한 문제를 일으킬 수 있는 미세 플라스틱이라는 더 작은 조각으로 분해됩니다. 가장 좋은 해결책은 대신 생분해되는 바이오 기반 플라스틱을 사용하는 것이지만, 이러한 바이오 플라스틱 중 다수는 분해되도록 설계되지 않았습니다. 뒤뜰 퇴비화 조건에서. 그들은 미국의 모든 지역에서 접근할 수 없는 상업용 퇴비화 시설에서 처리되어야 합니다. 워싱턴 대학의 연구원들이 이끄는 팀은 뒷마당 퇴비 통에 있는 바나나 껍질과 동일한 시간 단위로 분해되는 새로운 바이오 플라스틱을 개발했습니다. 이 바이오플라스틱은 전적으로 스피루리나라고도 알려진 청록색 시아노박테리아 세포 분말로 만들어집니다. 팀은 열과 압력을 사용하여 스피루리나 분말을 다양한 모양으로 만들었습니다. 이는 기존 플라스틱을 만드는 데 사용된 것과 동일한 가공 기술입니다. UW 팀의 바이오플라스틱은 일회용, 석유 유래 플라스틱과 비교할 수 있는 기계적 특성을 가지고 있습니다. 팀은 이러한 연구 결과를 6월 20일 Advanced Functional Materials에 발표했습니다. , 처리 가능하고 확장 가능하며 재활용 가능합니다.”라고 UW 재료 과학 및 공학 조교수인 선임 저자 Eleftheria Roumeli가 말했습니다. “스피루리나만을 사용하여 우리가 개발한 바이오 플라스틱은 유기 폐기물과 유사한 분해 프로필을 가질 뿐만 아니라 이전에 보고된 스피루리나 바이오 플라스틱보다 평균 10배 더 강하고 단단합니다. 이러한 특성은 일회용 식품 포장이나 병이나 쟁반과 같은 가정용 플라스틱을 포함한 다양한 산업에서 스피루리나 기반 플라스틱의 실제 적용에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다.” 연구원들은 몇 가지 이유로 스피루리나를 사용하여 바이오 플라스틱을 만들기로 결정했습니다. 우선 이미 다양한 식품이나 화장품에 활용되고 있기 때문에 대규모 재배가 가능하다. 또한 스피루리나 세포는 성장하면서 이산화탄소를 격리하여 이 바이오매스를 탄소 중립적이거나 잠재적으로 탄소 음성이 되는 플라스틱 공급원료로 만듭니다. "스피루리나는 또한 고유한 내화성 특성을 가지고 있습니다"라고 UW 재료 과학의 주요 저자인 Hareesh Iyer는 말했습니다. 그리고 공학 박사과정 학생입니다. “화재에 노출되면 연소되거나 녹는 많은 기존 플라스틱과 달리 즉시 자체 소화됩니다. 이러한 내화성 특성으로 인해 스피루리나 기반 플라스틱은 가연성으로 인해 기존 플라스틱이 적합하지 않은 응용 분야에 유리합니다. 서버를 시원하게 유지하는 데 사용되는 시스템이 매우 뜨거워질 수 있기 때문에 데이터 센터의 플라스틱 랙을 예로 들 수 있습니다.”화학 후드에서 일하는 사람. 후드에는 불꽃이 있는 분젠 버너가 있습니다. 사람이 물질 막대를 불꽃에 대고 있지만 물질은 타지 않습니다. 스피루리나를 사용하여 바이오플라스틱을 만드는 것의 한 가지 이점은 내화성이 있다는 것입니다. 여기서 UW 재료 과학 및 공학 박사 과정 학생인 Mallory Parker는 빔 형태로 만들어진 바이오 플라스틱이 불에 붙거나 녹지 않는다는 것을 보여줍니다. Mark Stone/워싱턴 대학교 플라스틱 제품을 만드는 데는 종종 열과 압력을 사용하는 공정이 포함됩니다. 플라스틱을 원하는 모양으로 만듭니다. UW 팀은 바이오플라스틱에 대해서도 유사한 접근 방식을 취했습니다. “이는 우리가 재료를 산업 규모로 사용하고 싶다면 제조 라인을 처음부터 다시 설계할 필요가 없다는 것을 의미합니다.”라고 Roumeli는 말했습니다. “우리는 실험실과 산업 수요를 충족하기 위한 확장 사이의 공통 장벽 중 하나를 제거했습니다. 예를 들어, 많은 바이오플라스틱은 해초와 같은 바이오매스에서 추출된 분자로 만들어지며 필름으로 주조되기 전에 성능 조절제와 혼합됩니다. 이 과정에서는 재료가 주조 전에 용액 형태여야 하며 이는 확장 가능하지 않습니다.” 다른 연구자들은 스피루리나를 사용하여 바이오 플라스틱을 만들었지만 UW 연구진의 바이오 플라스틱은 이전 시도보다 훨씬 더 강하고 단단합니다. UW 팀은 압출기 또는 핫 프레스의 온도, 압력, 시간 등 가공 조건을 변경하고 강도, 강성 및 인성을 포함한 결과 재료의 구조적 특성을 연구하여 이러한 바이오 플라스틱 내의 미세 구조와 결합을 최적화했습니다.Mallory UW 재료 과학 및 공학 박사 과정 학생인 Parker가 UW 로고 몰드에 스피루리나 분말을 첨가하고 있습니다. 이 금형이 핫 프레스에 들어가면 UW 로고 모양의 플라스틱 조각이 생성됩니다. Mark Stone/University of Washington이 바이오 플라스틱은 산업용으로 확장할 준비가 아직 되어 있지 않습니다. 예를 들어, 이러한 재료는 강하기는 하지만 여전히 부서지기 쉽습니다. 또 다른 과제는 물에 민감하다는 것입니다. Iyer는 “이 재료가 비에 젖는 것을 원하지 않을 것입니다”라고 말했습니다. 팀은 이러한 문제를 해결하고 이러한 재료의 작동 방식을 결정하는 기본 원리를 계속 연구하고 있습니다. 연구자들은 다양한 종류의 바이오플라스틱을 만들어 다양한 상황에 맞게 설계하기를 희망합니다. 이는 기존의 다양한 석유 기반 플라스틱과 유사합니다. 새로 개발된 재료는 재활용도 가능합니다. “생분해는 우리가 선호하는 수명 종료 시나리오가 아닙니다.”라고 Roumeli는 말했습니다. “우리 스피루리나 바이오플라스틱은 접근이 매우 쉬운 기계적 재활용을 통해 재활용이 가능합니다. 그러나 사람들은 플라스틱을 자주 재활용하지 않기 때문에 우리의 바이오플라스틱이 환경에서 빠르게 분해된다는 것은 추가적인 보너스입니다.” 이 논문의 공동 저자는 UW 재료 과학 및 공학 박사 과정 학생 Ian Campbell과 Mallory Parker입니다. 재료 과학 및 공학 분야의 UW 박사후 연구원인 Paul Grandgeorge; 재료 과학 및 공학 분야의 UW 박사후 연구원으로 이 작업을 완료했으며 현재 Intel에 있는 Andrew Jimenez; 재료 과학 및 공학을 공부하는 UW 석사 학생 Michael Holden; 화학 공학을 공부하는 UW 학부생 Mathangi Venkatesh; 생물학을 공부하는 UW 학부생으로서 이 작업을 마친 Marissa Nelsen; 그리고 Microsoft의 수석 연구원인 Bichlien Nguyen도 있습니다. 이 연구는 Microsoft, Meta 및 National Science Foundation의 자금 지원을 받았습니다.