Kończy się epoka krzemu, zaczyna się epoka plastiku. W najbliższych dziesięcioleciach to właśnie tworzywa sztuczne będą napędzać postęp technologiczny. Tak wynika z raportu „Świat w 2030 roku”, opracowanego przez Raya Hammonda, słynnego brytyjskiego futurologa i stratega biznesowego. Tworzywom sztucznym będziemy zawdzięczać wszystko, nawet wzrost prędkości działania mikroprocesorów: dzięki polimerom, wykorzystywanym przez nanotechnologię w układach scalonych, komputery będą miały w 2030 roku przynajmniej 500 tysięcy razy większe możliwości niż dziś – twierdzi Hammond.

Brytyjski futurolog uważa też, że domy i mieszkania przyszłości, w których budowie wykorzystamy znacznie więcej tworzyw sztucznych (m.in. do izolacji czy szyb), będą dużo bardziej energooszczędne. Gdybyśmy dziś połowę europejskich budynków wyposażyli w izolacje z tworzyw nowej generacji, Unia Europejskia mogłaby zmniejszyć emisję dwutlenku węgla w budynkach aż o 35 proc. Autor raportu przewiduje ponadto, że tworzywa zrewolucjonizują także medycynę. Otworzą drogę do kolejnych sukcesów m.in. w mapowaniu indywidualnego DNA, terapiach genowych czy chociażby w zabiegach chirurgicznych. A to z kolei pozwoli wydłużyć ludzkie życie, jak twierdzi Hammond, nawet do 130 lat.

AUTO Z ROŚLINNYM RODOWODEM


Motoryzacja już dawno doceniła tworzywa sztuczne, teraz skłania się ku biotworzywom – dają większe możliwości konstrukcyjne, bo są lżejsze niż szkło czy metal, bardziej elastyczne, łatwiej je łączyć z innymi materiałami. Na przykład samochód osobowy za sprawą m.in. wzmocnionych włóknami węglowymi tworzyw będzie znacznie lżejszy. A obniżenie jego wagi o 100 kg to średnio 0,6 litra mniej paliwa zużytego na 100 km. Możliwości te wykorzystali projektanci z Royal College of Art w Londynie. Na razie tylko zaprojektowali auta przyszłości, wśród których znalazł się na przykład pojazd z miedzianymi arkuszami laminowanymi termochromatycznym tworzywem, dzięki czemu zmienia kolor w trakcie ogrzewania, a więc podczas jazdy.

Wiele wskazuje na to, że w przyszłości nauczymy się konstruować auta w całości z biotworzyw. Na razie w naukowych laboratoriach powstają ich pojedyncze części.

Na przykład prof. Mohini Sain z University of Toronto w Kanadzie stworzył biokompozyty z przetworzonego błonnika roślinnego. Wykorzystał w tym celu m.in. len, pszenicę i łodygi konopi. Jego wynalazek może na razie posłużyć do produkcji części do wnętrza aut, choćby desek rozdzielczych, ale naukowiec ma nadzieję, że w przyszłości wykorzystamy biokompozyty w budownictwie, sprzęcie medycznym i sportowym.

Z NATURY WZIĘTE


Nieco innym tropem poszli naukowcy z University of Warwicks. Uzyskali tworzywa sztuczne z miskanta – trawy pochodzącej z tropikalnych regionów Afryki i południowej Azji. Do tej pory roślina ta służyła człowiekowi m.in. do produkcji biopaliw. Osiągającą wysokość ponad trzech metrów, przypominającą nieco bambusa, naukowcy wykorzystali do wyprodukowania kołpaków samochodowych. A że będą biodegradowalne? Bez obaw, nie znikną w trakcie eksploatacji auta, bo żeby bezpiecznie się rozłożyły, muszą trafić na kompost.

Produkowanie tworzyw sztucznych z biomasy to żadna nowość. Już od lat potrafimy w tym celu przetwarzać na przykład kukurydzę albo soję. Tyle tylko, że ze względu na koszty produkcji, nie zawsze to się opłaca.

LEPIEJ ICH NIE MYLIĆ!

Nie każde tworzywo sztuczne jest polimerem, ale i nie każdy polimer to plastik. Tworzywami sztucznymi są nie tylko polimery, ale wszelkie związki wytwarzane przez człowieka. Najczęściej jednak termin tworzywa sztuczne odnosi się do plastików. To zaś potoczna nazwa jednej z ich grup – utwardzonych i używanych przez człowieka. Przeważnie kojarzymy je m.in. z plastikową obudową telewizora lub komputera. Celuloza i jej pochodne to też polimery, tyle że naturalne i pod żadnym względem nie przypominają plastików. Zrównanie pod względem nazwy tworzyw sztucznych z polimerami to także błąd, bo np. otrzymany w laboratorium jodek ołowiu czy siarczan miedzi jest tworzywem sztucznym, ale nie polimerem.



Prof. Justin Barone z Virginia Tech w Stanach Zjednoczonych postanowił więc wykorzystać niewiele warte odpady z kurzych ferm – pióra i jajka odrzucone w trakcie kontroli jakości. Przeważnie są one używane do produkcji mało wartościowej paszy dla zwierząt albo po prostu wyrzucane. Prof. Barone skupił się na keratynie – białku budującym pióra (a także inne wytwory skóry – rogi, pazury, wełnę) i nadającym im twardość. Po kilku modyfikacjach otrzymał wytrzymałe tworzywo sztuczne. Jeśli jeszcze poprawi m.in. jego odporność na wodę, przemysł drobiarski będzie mógł zarabiać na swoich odpadach.

Prof. Geoffrey Coates z grupą naukowców z Cornell University w Ithace (USA) w podobnym celu wykorzystał... owoce cytrusowe i dwutlenek węgla. Uczony utlenił olejek występujący w skórce m.in. pomarańczy i otrzymał tlenek limonenu. Na jego bazie stworzył zaś węglan polilimonu. To polimer podobny do popularnego polistyrenu, produkowanego z ropy naftowej, z którego robi się m.in. styropian, szczoteczki do zębów oraz sztuczną biżuterię.

Gdyby ta technologia się upowszechniła, dwutlenek węgla straciłby status wyłącznie bezużytecznego gazu cieplarnianego.

MADE IN BACTERIUM

 


Ten sam naukowiec zainteresował się też bakteriami. Niektóre z nich, m.in. Alcaligenes eutrophus i Bacillus megaterium, w stresowych sytuacjach wytwarzają PHB. To biodegradowalny polimer nazywany „poliestrem bakteryjnym”, który służy im jako materiał zapasowy. Pracowite bakterie produkują go wewnątrz swoich organizmów, jeśli mają pod dostatkiem związków zawierających węgiel (na przykład glukozy) i innych składników odżywczych (m.in. związków azotu i fosforu), a także tlenu. Ponieważ PHB jest dla tych mikroorganizmów jednocześnie źródłem pożywienia, można sobie wyobrazić, że w przyszłości wyprodukujemy np. meble, samochody czy przedmioty codziennego użytku, które – gdy się zużyją lub się znudzą nam – posłużą tym samym bakteriom za posiłek. Pod warunkiem, że zapewnimy im odpowiednią temperaturę, wilgotność i dostarczymy związków azotu i fosforu, czyli po prostu poddamy kompostowaniu.

„Zaprzęganie bakterii do wytwarzania substancji organicznych nie jest niczym nowym, bo od dawna doskonale wiemy, że na przykład produkcja kompostu odbywa się właśnie przy ich udziale (a także grzybów). Żywiąc się m.in. azotem, rozkładają materię organiczną w sposób podyktowany przez naturę” – mówi dr Artur Pałasz, chemik, technolog tworzyw sztucznych z Ośrodka Badawczo-Rozwojowego Farb, Klejów i Polimerów Spektrochem w Tarnobrzegu.

Pozyskiwać PHB za sprawą mikroorganizmów też potrafimy już od dawna, ale naukowcy zajęli się teraz doskonaleniem tej metody. Chcą go otrzymywać bezpośrednio z liści i łodyg specjalnie zmodyfikowanych w tym celu roślin (np. kukurydzy), wszczepiając im gen poliestrowych bakterii. Jeśli wszystko pójdzie po ich myśli, będzie znacznie łatwiej i taniej.

ZUŻYTE, ZATOPIONE, ZAPOMNIANE


W czasie kiedy część naukowców wymyśla nowe sposoby produkowania tworzyw sztucznych, inni szukają sposobów pozbywania się tych już niepotrzebnych. Prof. Robson F. Storey z grupą chemików z University of Southern Mississippi (USA) opracował nowy rodzaj plastiku, który rozpuszcza się w morskiej wodzie. Naukowcy połączyli poliuretan (polimer wykorzystywany m.in. do produkcji elastycznych włókien lycry) z PLGA (polilaktyd glikolid, z którego robi się m.in. nici chirurgiczne). Taka mieszanka, pod wpływem słonej wody rozkłada się na niegroźne substancje występujące powszechnie w przyrodzie – m.in. dwutlenek węgla i kwas mlekowy. Tym sposobem w przyszłości prawdopodobnie będzie można z czystym sumieniem wyrzucać zużyte tworzywa sztuczne za burty statków, bo po ok. 20 dniach nie zostanie po nich śladu. Ta beztroska wymaga jeszcze zmiany prawa morskiego, które – póki co – zabrania zostawiać takie ładunki na wodzie.

„Przed naukowcami jeszcze sporo pracy. Tysiące godzin spędzą w laboratoriach, zanim te technologie trafią pod nasze dachy” – mówi dr Artur Pałasz. Czy może kiedyś dojść do tego, że wszystko będziemy produkować z plastiku i materiały naturalne przestaną być potrzebne? Raczej nie. „Jako naukowiec, chemik i technolog uważam, że nigdy nie będziemy w stanie obyć się bez nich. Nawet jeśli będziemy wszystko wytwarzać z tworzyw sztucznych, to i tak te naturalne będą potrzebne do ich produkcji” – mówi dr Artur Pałasz.

NAUKOWIEC ROKU 2030

Ray Hammond – futurolog i strateg biznesowy, wykłada w City University Business School w Londynie. Swój raport „Świat w 2030”, na zlecenie Plastics Europe (fundacji zrzeszającej europejskich producentów tworzyw sztucznych), opracował po rocznych analizach rozwoju technologii, m.in. w informatyce, medycynie, budownictwie i motoryzacji. „Jeśli komuś taka wizja życia w roku 2030 wydaje się nierealistyczna, to warto zastanowić się, ile osób w 1985 roku uwierzyłoby w to, że kiedyś komputery i telefony komórkowe będą odgrywać tak dużą rolę w życiu zwykłych ludzi. Kto by pomyślał, że Internet służyć będzie dzieciom do zabawy...” – twierdzi Hammond.