Jednom bačeni, predmetima za jednokratnu upotrebu kao što su pelene i higijenski ulošci mogu biti potrebne stotine godina da se razgrade, jer njihovi upijajući delovi i vodootporni slojevi sadrže plastiku i druge sintetičke polimere. Ali sada, istraživači zamenjuju ove materijale poroznim komponentama napravljenim od proteinske biomase koju prehrambena i poljoprivredna industrija često odbacuje. Ove komponente su održive i biorazgradive, i potencijalno bi mogle omogućiti da se buduće pelene i higijenski ulošci ispuste u toalet ili koriste kao đubrivo.
Istraživači će danas predstaviti svoje rezultate na prolećnom sastanku Američkog hemijskog društva (ACS).
Antonio Kapeca, koji će na skupu predstaviti istraživanje, kaže da u Evropi propisi destimulišu upotrebu određene plastike na bazi nafte u robi za jednokratnu upotrebu. Međutim, ne postoje jasne smernice ili propisi za zabranu ove plastike u pelenama, higijenskim ulošcima i drugim sanitarnim predmetima za jednokratnu upotrebu, napominje on, jer dobra zamena nije bila dostupna.
„Ali nadamo se da ćemo to promeniti sa našim materijalima na bazi proteina“, kaže on.
Naravno, pelene koje se mogu prati u potpunosti izbegavaju problem plastike, ali on kaže da malo negovatelja želi da ih koristi. Cilj mu je da ljudima koji žele da nastave da koriste sanitarne proizvode za jednokratnu upotrebu obezbedi drugačiji tip održivog rešenja koje ne zagađuje.
„Stopa prihvatanja će biti mnogo veća nego ako dođete do kupca i kažete: ‘U redu, sada morate da operete pelene’“, objašnjava Kapeca, istraživač u odeljenju za polimerne materijale na Kraljevskom tehnološkom institutu KTH u Švedskoj.
Ironično, projekat je nastao u demonstraciji osmišljenoj da nauči učenike šta može poći po zlu u laboratoriji. Capezza im je pokazivao kako da prave bioplastične filamente koristeći proteine. Da bi oponašao uticaj neželjene vlage, dodao je mokar pamuk, zbog čega se smeša zapenila. Kada se proizvod osušio, shvatio je da je materijal postao super porozan, što znači da može da upija tečnost kao sunđer.
„To je bila neka vrsta nesreće, ali dobra, jer nas je to dovelo do potpuno nove linije istraživanja“, kaže on. Capezza sarađuje sa istraživačima na KTH, Švedskom univerzitetu poljoprivrednih nauka i drugim institucijama, uključujući Univerzitet Simon Bolivar u Venecueli, Univerzitet u Tokiju u Japanu i Univerzitet u Sevilji u Španiji.
Neke alternative plastičnim sanitarnim proizvodima na bazi pamuka su već na tržištu, ali se oslanjaju na netaknuti pamuk i možda će im trebati izbeljivanje ili drugi hemijski tretman za njihovu proizvodnju. U potrazi za održivijim izvorom materijala, Capezzin tim je identifikovao proteine i druge prirodne molekule preostale iz hrane i poljoprivredne proizvodnje koji bi inače mogli biti odloženi na deponiju ili spaljeni; na primer, zein iz kukuruza, gluten iz pšenice i prirodni antioksidativni ekstrakti.
Istraživači su mešali proteine u različitim proporcijama i dodavali vodu i bikarbonate, kao što je soda bikarbona, kao sredstva za penjenje; zaslađivač glicerol kao plastifikator; i prirodni ekstrakti kao konzervansi.
Tim je zatim koristio opremu i tehnike obrade iz industrije plastike, uključujući ekstruziju, kako bi napravio različite komponente koje se obično nalaze u jastučićima i pelenama. Slično proizvođaču testenina, ekstruder je omogućio timu da proizvodi filamente i ravne listove dok im je u isto vreme omogućio da penušaju materijale. Ovim tehnikama, istraživači su proizveli ravan „netkani“ sloj koji je ostao suv na dodir dok je tečnosti omogućavao da brzo prođe; mekani porozni materijal sa superupijajućim svojstvima koji je zahvatio tečnost; i vodootporne folije za zaštitu gornje odeće.
Kao dokaz koncepta, istraživači su sastavili ove komponente kako bi napravili upijajuće prototipove na bazi proteina koji su ličili na sanitarne proizvode za jednokratnu upotrebu. Jednom izloženi vodi ili zemljištu, materijali su se potpuno biorazgradili za nekoliko nedelja. Zbog proteinskog porekla materijala, ova degradacija je oslobodila ugljenik, azot, fosfor, aminokiseline i druga jedinjenja koja priroda može ponovo da iskoristi kao hranljive materije.
Uz dalji razvoj, kaže Capezza, to bi moglo dovesti do sanitarnih proizvoda za jednokratnu upotrebu koji se mogu ispirati. Alternativno, nakon upotrebe, ovi proizvodi (ili bilo koji otpad proizveden u fazi proizvodnje) mogu se kompostirati za đubrenje useva, kao što su kukuruz i pšenica, što bi zauzvrat obezbedilo polazne materijale za izradu novih sanitarnih proizvoda.
„Dakle, to je potpuno kružni dizajn“, dodaje Capezza. Istraživači su već pokazali da biljke rastu duže listove i korenje kada su izložene ovom kompostu. „A naši testovi su pokazali da, pošto je baziran na proteinima, ne postoji nikakav rizik da će ovi proizvodi zagaditi tlo mikroplastikom ili drugim neželjenim hemikalijama kada se razgrađuju“, napominje Kapeca.
Sanitarni proizvodi na bazi proteina bili bi oko 10 do 20 odsto skuplji od tradicionalnih plastičnih pelena i uložaka, procenjuje Capezza. Performanse proteinskih higijenskih uložaka su slične onima konvencionalnih uložaka. S druge strane, proteinske pelene nisu toliko upijajuće kao njihove plastične. To znači da bi proteinske pelene ili trebale da budu deblje, ili da se njihova formulacija mora prilagoditi kako bi se poboljšala apsorpcija.
Da bi povećali upijanje tečnosti i mehaničku snagu, istraživači sada istražuju dodavanje lignoceluloze, mešavine lignina i celuloze koja se nalazi u biljkama. Ovaj materijal je nusproizvod niske vrednosti u sektoru poljoprivrede i šumarstva. Dosadašnji rezultati pokazuju da njegov dodatak približava performanse konvencionalnim pelenama.
Tim se sada priprema za pilot studije kako bi testirao izvodljivost povećanja proizvodnje. Dodatne procene, uključujući testove iritacije ljudske kože, moraće da se urade pre nego što bilo koji od ovih proizvoda izađe na tržište, kaže Capezza.
