Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Południowej Dakoty opracowali folię opakowaniową wytwarzaną z odpadów winorośli, która w warunkach glebowych ulega biodegradacji w zaledwie 17 dni. Materiał jest przezroczysty, elastyczny, wytrzymały i co kluczowe, nie pozostawia toksycznych pozostałości. Wyniki badań pokazują, że odpady rolnicze mogą stać się cennym zasobem w walce z globalnym kryzysem plastikowym.

Winorośl jako nieoczywisty surowiec

Każdego roku na świecie winnice przycinają miliony ton łodyg i pędów winorośli. Dotąd traktowane jako odpad, najczęściej były spalane, kompostowane lub wykorzystywane jako biomasa niskiej jakości. Zespół badaczy z South Dakota State University pod kierunkiem prof. Srinivasa Janaswamy wykazał, że te resztki zawierają około 35% celulozy, czyli jednego z najpowszechniejszych naturalnych polimerów. To właśnie celuloza stała się podstawą do stworzenia folii przypominającej konwencjonalny plastik, lecz w pełni biodegradowalnej.

Wyniki badań opublikowano na łamach Food & Function (RSC). Autorzy udowodnili, że winorośl może być surowcem do produkcji filmów o parametrach konkurencyjnych wobec tradycyjnych tworzyw, a jednocześnie w pełni zgodnych z ideą gospodarki obiegu zamkniętego.

Biodegradowalny plastik z Japonii rozpuszcza się w wodzie morskiej w kilka godzin

Jak powstaje folia z winorośli

Proces opracowany przez naukowców składa się z kilku etapów. Najpierw łodygi winorośli poddaje się obróbce chemicznej w celu usunięcia ligniny i hemiceluloz. Proces obejmuje oczyszczanie włókien winorośli i usuwanie zbędnych składników, co pozwala uzyskać celulozę o wysokiej czystości.

Kolejny krok to rozpuszczenie celulozy w roztworze chlorku cynku (ZnCl₂), dzięki czemu polimer przyjmuje postać nadającą się do formowania. Do roztworu wprowadza się następnie jony wapnia (Ca²⁺), które odpowiadają za sieciowanie, czyli stabilizację struktury materiału. Całość uzupełnia glicerol – naturalny plastyfikator, który zapewnia elastyczność.

Po wylaniu i wysuszeniu powstają cienkie, przezroczyste folie. Ich powierzchnia jest gładka, a grubość jednorodna, co potwierdziły badania mikroskopowe.

Parametry techniczne materiału

Naukowcy szczegółowo zbadali właściwości otrzymanych filmów:

• przepuszczalność światła wynosiła około 84%, co oznacza wysoką przezroczystość – ważną w opakowaniach spożywczych.
• wytrzymałość na rozciąganie: 15,4-18,2 MPa – wartość porównywalna z niektórymi foliami polietylenowymi,
• wydłużenie przy zerwaniu: do 8,7% – co świadczy o umiarkowanej elastyczności,
• biodegradacja: w glebie o wilgotności 24% folia straciła 90% masy w ciągu 17 dni, a proces nie pozostawił toksycznych pozostałości.

Badania wykazały również odporność materiału na przebarwienia i stabilność kształtu podczas użytkowania.

Szybki rozkład zamiast mikroplastiku

Konwencjonalne tworzywa sztuczne mogą zalegać w środowisku setki lat. Nawet jeśli ulegają fragmentacji, rozpadają się na mikroplastik, który dostaje się do gleby, wód i organizmów żywych. Z tego powodu odpady plastikowe stały się jednym z najpoważniejszych zagrożeń środowiskowych XXI wieku.

W porównaniu z tradycyjnymi tworzywami folia z winorośli wyróżnia się pełną biodegradacją, a uzyskane wyniki badań są bardzo obiecujące. Jej degradacja zachodzi szybko i w całości – bez powstawania mikrocząstek, które mogłyby obciążać ekosystem. Badacze podkreślają, że proces rozkładu jest naturalny i wspierany przez mikroorganizmy obecne w glebie.

Zalety i wyzwania

Najważniejsze zalety:

• pełna biodegradowalność w krótkim czasie,
• brak toksycznych produktów ubocznych,
• dobre właściwości mechaniczne i optyczne,
• wykorzystanie łatwo dostępnych odpadów rolniczych.

Główne wyzwania:

• proces produkcji wymaga dalszej optymalizacji, aby był opłacalny przemysłowo,
• wyniki uzyskano w warunkach laboratoryjnych – potrzebne są testy w różnych rodzajach gleb i przy innych poziomach wilgotności,
• nie ma jeszcze pełnych badań nad dopuszczeniem do kontaktu z żywnością,
• konieczna jest analiza kosztów i zużycia energii w procesie chemicznym.

Perspektywy dla przemysłu

Choć technologia jest na wczesnym etapie, może okazać się przełomowa dla sektora opakowań. Europa, a szczególnie kraje winiarskie takie jak Francja, Włochy czy Hiszpania, generują ogromne ilości odpadów z winorośli. Włączenie ich do obiegu jako surowca mogłoby ograniczyć zarówno ilość odpadów rolniczych, jak i popyt na plastik ropopochodny.

Badanie SDSU jest przykładem, jak gospodarka obiegu zamkniętego może działać w praktyce – to, co do tej pory było odpadem, staje się materiałem o wysokiej wartości użytkowej.

Znikające opakowania – wizja przyszłości

Jeśli uda się przełożyć laboratoryjne wyniki na skalę przemysłową, folia z winorośli może otworzyć nowy rozdział w produkcji opakowań. Materiał, który znika w ciągu kilku tygodni, stanowi zupełne przeciwieństwo plastiku, zalegającego w środowisku przez stulecia.

To odkrycie pokazuje, że innowacyjne rozwiązania w walce z kryzysem plastikowym mogą przyjść z najmniej oczekiwanych źródeł – w tym przypadku z winorośli, rośliny kojarzonej raczej z winiarstwem niż z technologiami przyszłości.

Zobacz też: System kaucyjny wystartował. Okres przejściowy i nowe obowiązki dla klientów i sprzedawców

Źródło: RSC, SDSU, ScienceDaily

Fot.: Canva

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.