"Sukces" ma wielu ojców

Ojców wykorzystywanych dziś powszechnie tworzyw sztucznych było wielu. Początki historii plastiku sięgają 150 lat wstecz. Za pierwszego twórcę uznaje się Alexandra Parkesa, metalurga z Anglii, który w 1850 roku zsyntetyzował tzw. parkesinę (celuloid oparty na nitrocelulozie). Parkes od razu zauważył możliwość powszechnego użycia tego materiału w przemyśle. Przeliczył się jednak i stracił dużo pieniędzy na próbie wprowadzenia parkesiny do produkcji. Powodem była niedoskonała formuła, wysoka cena oraz nietrwałość i łatwopalność materiału.

Więcej szczęścia miał wynalazca Leo Baekeland, twórca bakelitu (opartego na żywicy fenolowo-formaldehydowej) opatentowanego w 1909 roku. Dzięki dużej wytrzymałości tworzywo odniosło duży sukces i stało się powodem prawdziwej „plastikowej rewolucji”, której skutki odczuwamy do dziś. Bakelit wykorzystała np. projektantka Coco Chanel do produkcji biżuterii w latach 20’ XX w.

Dziś odmian i zastosowań plastiku jest wiele. Na przykład polipropylen (PP) wykorzystywany jest głównie do produkcji opakowań, polietylen (PET) do produkcji plastikowych butelek. Z polichlorku winylu (PVC) produkowane są ramy okienne, czy rury. Oczywiście przykładów tworzyw sztucznych i ich zastosowań jest jeszcze więcej.     

 

Coraz więcej plastiku

Według raportu Plastics Europe 2016 światowa produkcja plastiku w latach 2005-2015 zwiększyła się aż o 40% osiągając poziom 322 mln ton rocznie. Prawie 1/3 tego surowca produkowana jest w Chinach. Tymczasem w Europie przemysł ten plasuje się na siódmym miejscu na równi z przemysłem farmaceutycznym, dając zatrudnienie 1,5 milionom ludzi (mniej więcej tyle żyje w Warszawie).

Podbudowujące europejskie dane ukazują duży odsetek ponownego wykorzystania tego surowca – w 2014 prawie 70% podległo recyklingowi. Są to jednak uśrednione dane dla całego Starego Kontynentu. Podczas gdy w krajach, w których składowanie śmieci jest zakazane (np. Szwajcaria, Austria, Holandia) niemal wszystkie plastikowe odpady są ponownie wykorzystane, w Polsce większość z nich nadal trafia na wysypisko. Jest to nie tylko marnotrawstwo przestrzeni ale i energii: recykling jednej plastikowej butelki pozwala zaoszczędzić energię potrzebną do świecenia 60 W żarówki przez sześć godzin!

Wielka Pacyficzna Plama Śmieci

Pierwsza 50 największych lądowych wysypisk śmieci ma łącznie powierzchnię 2175 ha. Cóż to jest w porównaniu z największym składowiskiem na świecie (choć niezamierzonym), czyli Wielką Pacyficzną Plamą Śmieci? Szacuje się, że łączna masa odpadków w obrębie Wielkiej Pacyficznej Plamy Śmieci równa jest 3,5 milionom ton. Odpadki te skupiają się w jednej rozległej „plamie” przez oddziaływanie północnopacyficznych prądów oceanicznych. Najbardziej ostrożne szacunki określają jej wielkość na 700 milionów ha, co w przybliżeniu równe jest powierzchni Teksasu. Odpadki ją tworzące, to głównie tworzywa sztuczne.

Przykładowo, plastikowe torby mogą stać się śmiertelnymi pułapkami dla wielu morskich zwierząt. Również wiele plastikowych odpadków jest zjadanych np. przez morskie ptaki, które z tego powodu giną w liczbie ok. miliona rocznie.    

 

Jest jednak również druga strona medalu - jak się okazało, plastikowe odpadki stały się nowym siedliskiem życia dla licznych mikroorganizmów dając początek niespotykanej wcześniej grupie organizmów należących do tzw. plastisfery. W skład plastisfery wchodzi wiele gatunków bakterii (głównie z rodzaju Bacillus) oraz pierwotniaków takich jak np. okrzemki, czy bruzdnice. Plastikowe odpadki stały się również dogodnym miejscem do składania jaj przez nartnika Halobates sericeus, owada należącego do pluskwiaków. Przed śmieciowym problemem jego zasięg był ograniczany przez dostępność dryfujących twardych substratów, na których mógł składać jaja. Ponieważ w obrębie Wielkiej Pacyficznej Plamy Śmieci drobinek plastiku nie brakuje, ekspansja nartnika na niezasiedlane wcześniej obszary stała się możliwa.

Śmieciowe jedzenie

Problem z rosnącą górą zużytego plastiku polega na tym, że praktycznie (choć o wyjątkach będzie później) nie ma organizmów zdolnych do jego degradacji. Jest to produkt sztuczny, zaprojektowany przez człowieka stosunkowo niedawno, dlatego jak na razie niewiele organizmów zdążyło na drodze ewolucji nabyć adaptacji do jego wykorzystania. Plastik rozkłada się od 400 do 1000 lat. Oznacza to, że praktycznie każdy kawałek plastiku kiedykolwiek wyprodukowany i który nie podległ recyklingowi ciągle istnieje!

Problem ten starają się rozwiązać naukowcy, którzy projektują takie materiały, które w środowisku naturalnym mają szansę się rozłożyć np. w kontakcie z wodą lub światłem słonecznym. Niemniej jednak w przemyśle wciąż w większej skali wykorzystywany jest „tradycyjny” plastik.

 

Nadzieją na zredukowanie rosnącej góry plastikowych śmieci są mikroorganizmy, które na drodze ewolucji uzyskały enzymy (najpewniej przez modyfikację na drodze mutacji genów kodujących informację o budowie innych enzymów) umożliwiające rozkład plastiku. Do takich organizmów należą m.in. bakterie z rodzaju Pseudomonas, spośród których kilka gatunków jest w stanie rozłożyć polichlorek winylu, czy grzyby Penicillium simplicissimum rozkładające polietylen. Zresztą mikroorganizmów o takich zdolnościach odkrywa się coraz więcej, najczęściej pobierając próbki z wysypisk śmieci. Mikroorganizmy te wykorzystują plastik jako źródło węgla i azotu, czyli pokarm.

Jak widać, dotychczas uwaga naukowców skupiona była na mikroorganizmach. Ostatnio jednak okazało się, że gąsienice barciaka większego (Galleria mellonella), drobnego nocnego motyla, również są w stanie trawić polietylen. W tym przypadku jednak bakterie również odgrywają ważną rolę. Otóż enzym niezbędny do rozkładu plastiku jest produkowany przez bakterie zasiedlające przewód pokarmowy larw. Jak się przypuszcza, predyspozycją do trawienia plastiku była zdolność trawienia wosku, ponieważ gąsienice barciaka większego rozwijają się w pszczelich ulach. Naukowcy przypuszczają, że enzymy odpowiedzialne za trawienie wosku rozkładają podobne wiązania chemiczne jak te w strukturze polietylenu.

Co z tym plastikiem?

Szacuje się, że w obrębie 50 największych lądowych wysypisk śmieci znajduje się obecnie 258-368 milionów ton odpadów. Największy problem stanowią plastikowe odpadki. Czy naukowcom uda wykorzystać się na większą skalę mikroorganizmy zdolne do degradacji plastiku? W tej chwili problem ten pozostaje otwarty.

Joanna Tałanda - doktorantka w Zakładzie Hydrobiologii na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego.