Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, orang ramai lebih menyedari betapa pentingnya persekitaran ekologi dan menyedari bahawa pembangunan ekonomi tidak dapat dicapai dengan kos persekitaran ekologi, kerana persekitaran semulajadi adalah asas material untuk kelangsungan hidup manusia dan pembiakan, dan perlindungan dan peningkatan persekitaran semula jadi adalah prasyarat untuk kelangsungan hidup manusia dan pembangunan.
Menurut kajian yang disiarkan dalam laporan saintifik pada 19 Mac, 2020, pembungkusan pembungkusan plastik (seperti beg plastik dan botol coklat) dalam kerja harian boleh menghasilkan sejumlah kecil zarah plastik kecil kurang daripada 5mm panjang, iaitu plastik mikro.
Pada masa ini, penyelidikan tidak jelas tentang risiko dan kemungkinan ketoksikan yang mereka bawa dan bagaimana mereka diserap oleh manusia, dan penyelidikan seterusnya diperlukan untuk manusia.
Dari penyelidikan di atas, plastik harian boleh membawa plastik mikro yang boleh memudaratkan kesihatan. Walau bagaimanapun, terdapat lebih kontroversi tentang plastik.
Hari ini, kita akan bercakap tentang hubungan antara plastik dan mikroorganisma, salah satu pencemaran alam sekitar utama, dan membincangkan bagaimana menggunakan mikroorganisma untuk menyelesaikan masalah pencemaran plastik. Diharapkan kertas kerja ini akan memberikan inspirasi kepada industri yang berkaitan dan pengamal sains dan teknologi serta mengingatkan para pembaca untuk memberi perhatian kepada perlindungan alam sekitar.
Kelebihan dan keburukan plastik
Pada tahun 1950-an, dengan kemunculan zaman "plastik", teknologi pembinaan telah mengalami perubahan besar. Perkembangan industri bahan api fosil telah membawa pelbagai jenis plastik, dari bahan penebat kepada bahan mekanikal kepada pelapis, semua jenis bahan telah berubah. Hari ini, plastik masih menjadi sebahagian daripada setiap komponen bangunan.
Ia bukan hanya seni bina, ia sebenarnya plastik di mana-mana sahaja. Plastik boleh didapati di pakaian yang kami pakai, rumah yang kami tinggal dan kereta yang kami memandu. Plastik juga boleh didapati di TV yang kita tonton, komputer yang kita gunakan dan alat yang kita gunakan. Orang ramai menggunakan produk plastik di pelbagai tempat untuk menjadikan kehidupan lebih mudah, selamat dan menyeronokkan.
Tetapi sebenarnya, bahan mentah plastik terutama berasal dari minyak atau gas asli, yang akan menyebabkan banyak masalah. Sebagai contoh, sumber minyak sangat terhad. Sebagai contoh, dalam proses pengekstraksi minyak dan penapisan, sangat mudah untuk menyebabkan pencemaran. Sebagai tambahan kepada pencemaran standard yang disebabkan oleh proses perlombongan dan penyulingan, terdapat potensi kemalangan kerosakan utama ekologi seperti tumpahan minyak besar di sepanjang Pantai Teluk pada tahun 2010.
Sebaliknya, bahan kimia toksik dilepaskan semasa pengeluaran plastik. Banyak bahan kimia yang berbahaya akan dihasilkan bersama pembuatan plastik, dan kemudian tidak akan dapat memasuki dan memusnahkan ekosistem kita melalui air, tanah dan udara. Banyak bahan kimia ini adalah bahan pencemar organik yang berterusan, salah satu toksin yang paling merosakkan di bumi.
Apa lagi, plastik sukar untuk merendahkan. Sesetengah beg plastik dan botol boleh melalui ratusan, ribuan, atau berjuta-juta tahun tanpa kemusnahan, kerana kebanyakan mikroorganisma tidak menggunakan plastik sebagai makanan, jadi mereka tidak akan mengurai.
Walau bagaimanapun, beberapa mikrob baru yang baru-baru ini dapat membantu kami menyelesaikan masalah ini.
Bakteria baru membantu menurunkan plastik
Polistirena adalah komponen utama produk plastik sekali pakai seperti cawan pakai buang, peralatan makan, mainan dan bahan pembungkusan. Pada masa ini, pengeluaran dan penggunaan polistirena dalam pelbagai industri semakin meningkat dengan pesat, yang menimbulkan ancaman besar terhadap alam sekitar, dan kecekapan rendah penggunaan sisa memburukkan lagi masalah ini.
Mengikut perangkaan Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu, kira-kira 300 juta tan sisa plastik dihasilkan setiap tahun di dunia, hanya sekitar 10% daripadanya dikitar semula. Dianggarkan India menggunakan sekitar 16.5 juta tan plastik setiap tahun. AIPMA menganggarkan bahawa industri plastik menghasilkan kira-kira 14 juta tan polistirena, yang semuanya tidak boleh dimusnahkan.
Baru-baru ini, Perdana Menteri India mengumumkan bahawa menjelang 2022, produk plastik sekali pakai tidak lagi akan digunakan di India, yang menyumbang seperlima produk plastik harian, jadi inisiatif ini akan sangat penting di India.
Baru-baru ini, pasukan Richa priyadarshini dari Universiti SHIV nadar di Grand Noida, Uttar Pradesh, India, mendapati dua jenis bakteria "plastik yang boleh dimakan" dari lahan basah di Grand Noida, yang mungkin memberi alternatif kepada alam sekitar untuk menyelesaikan krisis pencemaran plastik.
Kedua-dua bakteria yang diasingkan oleh pasukan adalah strain exiguobacterium dr11 dan strain exiguobacterium undae dr14. Kajian menunjukkan bahawa mereka mempunyai potensi untuk mengurai polistirena.
"Data kami menunjukkan fakta bahawa bakteria ekstrifile, exiguobacterium, boleh merendahkan polistirena dan boleh digunakan untuk mengurangkan pencemaran alam sekitar yang disebabkan oleh plastik," kata priyadarshini
"Tanah lembap adalah salah satu habitat yang paling pelbagai untuk mikroorganisma, tetapi mereka masih belum diterokai," kata priyadarshini. Oleh itu, ekosistem ini adalah tempat yang ideal untuk mengasingkan bakteria dengan aplikasi bioteknologi baru. "
Polistirena mempunyai berat molekul yang tinggi dan struktur polimer rantai panjang, dan mempunyai prestasi anti degradasi yang baik. Itulah sebabnya mereka bertahan dalam persekitaran, menurut penyelidikan yang diterbitkan dalam jurnal RSC.
Pasukan mendapati bahawa apabila kedua-dua bakteria terpencil bersentuhan dengan plastik (polistirena), mereka menggunakannya sebagai sumber karbon dan menggunakannya untuk membuat biofilm. Ini mengubah sifat fizikal polistirena dan memulakan proses degradasi semula jadi. Kemudian bakteria boleh memusnahkan rantai polimer dengan melepaskan hidrolase.
Pada masa ini, pasukan sedang berusaha untuk menilai proses metabolik strain ini untuk menggunakannya dalam bioremediasi alam sekitar.
"Apabila kami melakukan penyelidikan saintifik di tanah lembap kampus, kami secara tidak sengaja menemui bakteria dalam 'plastik yang boleh dimakan,'" kata rupamanjari Ghosh, naib presiden SHIV nadar University. Ini adalah penyelesaian yang agak ideal untuk memecahkan kemerosotan semulajadi plastik dan menjalankan biodegradasi. "
Priyadarshini menambah: "kita hanya menjelajah kawasan ini pada awalnya untuk memahami spesies bakteria di kawasan ini, tetapi akhirnya mengasingkan banyak spesies bakteria dengan kegunaan unik."
Beliau menegaskan bahawa dengan penemuan strain baru dengan biodegradability plastik, enzim baru dan laluan metabolik yang berpotensi juga boleh ditemui, yang akan menyumbang kepada bioremediasi masa depan.
Para penyelidik menunjukkan bahawa kedua-dua bakteria boleh membina biofilm pada permukaan polistirena. Biofilm adalah kumpulan sel bakteria, dalam bentuk komuniti agregasi, untuk mencapai ketumpatan sel yang sangat tinggi, yang membawa kepada enzim merendahkan polimer untuk memainkan peranan yang lebih kuat.
Priyadarshini berkata: "polistirena adalah sukar untuk merendahkan. Sebelum biodegradasi, beberapa bentuk pretreatment, seperti bahan kimia, haba dan fotooksidasi diperlukan."
Dr11 dan dr14 bukan sahaja boleh membentuk biofilm pada polistirena yang tidak dirawat, tetapi juga merendahkan plastik yang tidak diubahsuai.
Priyadarshini juga berkata: "Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, pergantungan rakyat terhadap produk plastik telah bertambah banyak, yang mengakibatkan banyak pengumpulan plastik di alam sekitar dan mempunyai kesan negatif terhadap ekosistem. Oleh itu, orang memerlukan kaedah yang berkesinambungan dalam degradasi plastik. "
Di samping cuba merendahkan plastik, terdapat ramai orang mencari bahan baru yang boleh menggantikan plastik dan merendahkannya.
Dari kiri ke kanan: Anne Schauer Gimenez, Allison pieja dan Molly Morse bahan mangga. Di sebelahnya ialah tangki penapaian biopolimer kilang rawatan kumbahan berhampiran San Francisco Bay, yang menyediakan bakteria dengan metana yang mereka perlukan untuk menghasilkan bioplastik. Sumber foto: Chris Joyce / NPR
Biopolimer untuk menggantikan plastik
Permulaan Lembah Silikon cuba untuk mengeluarkan plastik dari pakaian dan kemudian menambahkan sesuatu yang lain, polimer biodegradable yang menggantikan plastik.
Polimer adalah molekul rantai panjang yang terdiri daripada banyak unit yang sama. Bahan semacam ini sering lebih tahan lama dan elastik. Plastik adalah polimer yang diperbuat daripada produk petroleum. Walau bagaimanapun, secara semulajadi, biopolimer seperti selulosa dalam kayu atau sutera sutra sering muncul. Mereka berbeza daripada plastik kerana ia boleh diuraikan ke dalam bahan semulajadi.
Molly Morse berharap dapat membuat biopolimer yang boleh menggantikan beberapa plastik. Dia menjalankan sebuah syarikat kecil yang dipanggil bahan mangga. Mango adalah buah kegemarannya. Beliau berharap nama syarikatnya akan berbeza daripada syarikat-syarikat teknologi lain di kawasan Teluk.
"Kami bukan pemula Silicon Valley yang tipikal, kami menghasilkan polimer di loji rawatan air sisa, kami bukan sekumpulan orang yang mengarang garaj," kata Morse
Jadi, bagaimanakah dia membuat bioplastik dalam loji rawatan kumbahan?
Morse berkata ia bermula ketika dia berada di sekolah rendah. Dia pergi ke akuarium dan terjumpa pameran, simulasi sampah plastik yang terapung di lautan.
Dia teringat: "ada ikan besar seperti struktur dengan kerang, seperti plastik busa McDonalds, saya terkejut, ketakutan, pameran ini telah mengubah kehidupan saya, saya fikir ia tidak masuk akal, saya mahu mengubahnya."
Akibatnya, Morse telah mengejar impiannya dan memperoleh Ph.D. dalam bidang kejuruteraan alam sekitar dari Stanford University. Pada persidangan sains pada 2006, dia bertemu dengan seorang lagi jurutera muda, Anne Schauer Gimenez. "Saya tidak fikir kita akan mula bercakap tentang bagaimana untuk melakukan ini hingga sekitar pukul 4 pagi," kata Schauer - Gimenez
Proses ini menggunakan bakteria untuk membuat biopolimer.
Sesetengah bakteria dapat memakan metana dan membuat biopolimer mereka sendiri, terutamanya jika anda memakannya dengan baik, mereka akan menghasilkan dan mengumpul lebih banyak biopolimer. "Jika kita mendapat lemak dari makan terlalu banyak ais krim atau coklat, maka lemak di dalam badan kita akan membina, dan begitu juga bakteria," jelas Morse
Untuk membuat biopolimer, bakteria memerlukan banyak makanan. Itulah sebabnya bahan mangga telah membina sebuah tapak di loji rawatan air sisa yang dipanggil air bersih Silicon Valley di Redwood, California, berhampiran San Francisco Bay. Syarikat ini disokong oleh institusi seperti Yayasan Sains Nasional.
Kekotoran dalam kumbahan, atau sekurang-kurangnya gas metana dari kumbahan, adalah makanan bakteria. Tumbuhan rawatan biasanya membakar metana atau melepaskannya terus ke udara. Methane adalah gas rumah hijau yang kuat, apabila ia dilepaskan ke atmosfera, ia akan menyebabkan pemanasan global. Bahan mangga memakannya kepada bakteria.
Proses ini disiapkan dalam tangki penapaian, yang bersebelahan tangki keluli besar yang penuh dengan kumbahan. Jurutera mangga Allison pieja menunjukkan ciptaannya: ia kelihatan seperti tong bir besar dengan tiub di dalamnya, seperti penurunan dalam vena. "Di sinilah mukjizat berlaku," katanya
"Kami sentiasa menambah metana dan oksigen ke fermenter dan menurunkan 'sos rahsia' kami ke fermenter mengikut cara bakteria berkembang," kata Allison pieja, ahli mikrobiologi di mangga
"Sos rahsia" adalah aditif yang dibangunkan oleh pasukan untuk mengekalkan proses ini.
Akhirnya, apabila bakteria ditaburkan, pasukan membuka fermenter untuk mendapatkan biopolimer. Mereka mengeringkannya dan menjadikannya bola.
Setakat ini, mereka telah menghantar hampir 2000 paun biopolimer kepada syarikat yang berminat. Pasar sasaran utama mereka adalah tekstil, walaupun mereka mengatakan biopolimer juga boleh digunakan untuk pembungkusan.
Biopolimer ini boleh digunakan untuk menghasilkan benang sutera berwarna-warni yang kelihatan dan terasa seperti "plastik" seperti serat poliester. Diharapkan biopolimer ini akan ditenun ke dalam pakaian untuk menggantikan plastik dalam tekstil.
Lengan pakaian yang diperbuat daripada biopolimer. Pasukan Mango bekerja dengan beberapa syarikat untuk menguji keberkesanan biopolimer mereka terhadap tekstil. Kredit gambar: Chris Joyce / NPR
Kelemahan biopolimer
Schauer-Gimenez berkata pakaian sedemikian akan terasa degradasi, yang menakutkan orang: "Oh, saya bercadang untuk membuat pakaian renang dengan bahan-bahan anda? Saya akan pergi ke lautan, ia akan membiakkan saya Badan!" Saya berkata, 'Tidak, tidak, ia tidak seperti itu. '"
Untuk merendahkan, biopolimer memerlukan suhu yang tepat dan bakteria yang sesuai untuk mencerna mereka, dan proses degradasi memerlukan pendedahan berterusan untuk minggu atau bulan. Morse mengakui bahawa ia akan mengambil masa yang lebih lama jika keadaan tidak sesuai, seperti di gurun Arizona kering atau dasar lautan.
Ini adalah kelemahan biopolimer setakat ini, dan beberapa biodegradasi tidak secepat yang dijanjikan.
John Weinstein, seorang profesor biologi di Castle University of South Carolina, meletakkan beg yang diperbuat daripada polimer jagung di tanah lembap dan mendapati bahawa mereka menurunkan lebih perlahan daripada beg plastik biasa. "Anda mencipta bahan baru, tetapi bagaimana ia pecah? Saya terkejut," katanya mengenai bioplastik.
"Ini semua tentang keadaan persekitaran," kata Ramani Narayan, seorang jurutera kimia dan ahli bioplastik di Michigan State University. "Biodegradasi yang lebih panjang adalah, semakin lama sisa buangan akan wujud. Sepanjang tempoh ini, ia akan mempunyai kesan negatif yang serius terhadap alam sekitar. Impak, ini adalah sesuatu yang memerlukan pertimbangan yang teliti."
Pasukan Bahan Mango mengatakan bahawa bahan mereka adalah biopolimer dalam bentuk polihidroksialkanoat atau PHA. Tidak seperti kebanyakan biopolimer, ia tidak memerlukan kitar semula. Di bawah keadaan yang sesuai, ia akan siap dalam satu atau dua bulan. Boleh dibiodegradasi. Produk mereka sedang menjalani ujian bebas untuk mengesahkannya.
Morse mengakui bahawa banyak kerja masih perlu dilakukan untuk membuka jalan bagi biopolimer. Dia menggesa orang ramai menggunakan kurang plastik dan menggunakan semula barang-barang daripada membuangnya. Tetapi dia mengejar impian zaman kanak-kanaknya-untuk mencari sesuatu yang lebih baik daripada plastik.
"Kami tidak akan melakukan ini kecuali kami yakin bahawa ini adalah penyelesaian kepada masalah global yang besar."
Pencemaran plastik: bagaimana untuk menyelesaikannya?
Pada masa ini, plastik masih penting dalam kehidupan kita, tetapi kerana kemerosotan perlahan, ia telah membawa kepada beberapa pencemaran alam sekitar. Untuk menyelesaikan masalah ini, kita perlu dapat mengitar semula plastik dalam kehidupan kita.
Kedua, dengan perkembangan sains dan teknologi, orang mungkin mencari cara untuk mengurangkan pencemaran atau menghasilkan biomaterial baru daripada plastik dari mikroorganisma dalam alam semula jadi.
Tidak kira apa cara, adalah penting untuk menjadi kondusif kepada alam sekitar dan pembangunan manusia.
