Βιοαποικοδόμησιμα πλαστικά

Βιοαποικοδόμηση

Η βιοαποικοδόμηση ή βιοτική αποικοδόμηση είναι χημική αποικοδόμηση που γίνεται από τη δράση φυσικών μικροοργανισμών , όπως βακτήρια, μύκητες ή άλγη. Κατά την βιοαποικοδόμηση παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και /ή μεθάνιο. Αν γίνεται παρουσία οξυγόνου συμβαίνει αερόβια αποικοδόμηση ενώ χωρίς οξυγόνο λέγεται αναερόβια και παράγεται μεθάνιο αντί διοξείδιο του άνθρακα.
Ο ρυθμός με τον οποίο γίνεται η βιοαποικοδόμηση στο έδαφος εξαρτάται από την θερμοκρασία, τα επίπεδα της υγρασίας , το βαθμό αερισμού, την οξύτητα και τη συγκέντρωση των ίδιων των μικροοργανισμών. Κάτω από εξαιρετικά δυσμενείς συνθήκες ο ρυθμός της βιοαποικοδόμησης μπορεί να μειωθεί και να φτάσει στο μηδέν.

Χαμηλές θερμοκρασίες παρεμποδίζουν ιδιαίτερα  την αποικοδόμηση . Σε πολύ ψυχρά κλίματα ανθρώπινα απομεινάρια ανακαλύφτηκαν, που ήταν εκεί από χιλιάδες χρόνια πριν , και ακόμη είναι εντυπωσιακά καλοδιατηρημένα εξαιτίας των χαμηλών θερμοκρασιών. Το 1991 βρέθηκε σε ένα παγετώνα  στις Άλπεις ένα ανθρώπινο σώμα ηλικίας 5200 ετών , ωστόσο καλοδιατηρημένο. Οι εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες έκαναν τη φυσιολογική φθορά να σταματήσει. Μέσα από εκτεταμένες επιστημονικές έρευνες για τη μούμια (τώρα λέγεται Otzi) μας δόθηκε μια νέα συναρπαστική θεώρηση της ζωής στη Νεολιθική εποχή.

Η υγρασία είναι επίσης σημαντική. Βοηθά την υδρολυτική αποικοδόμηση .Οι εφημερίδες , αν και είναι ενδεχόμενα βιοδιασπώμενες όταν υπάρχει αρκετή υγρασία, δεν θα βιοαποικοδομηθούν περιβαλλοντικά σε μια χωματερή αν η υγρασία είναι ανεπαρκής. Λουκάνικα 20 ετών βρέθηκαν ανέπαφα στις χωματερές , ίσως εξαιτίας της ανεπαρκούς υγρασίας.
Ο αερισμός υποστηρίζει την οξειδωτική αποικοδόμηση και ο βαθμός αερισμού καθορίζει αν η αποικοδόμηση θα γίνει αερόβια ή αναερόβια ή και τα δύο. Αν και υπάρχουν πολλά βακτήρια που ευδοκιμούν απουσία οξυγόνου , υπάρχουν πολλά περισσότερα που θέλουν οξυγόνο.
Η αποικοδόμηση επίσης απαιτεί το έδαφος να είναι μικροβιακά ενεργό. Ο ρυθμός της αποικοδόμησης μπορεί να μειωθεί ως το μηδέν σε ένα στείρο περιβάλλον ή όταν η συγκέντρωση των μικροοργανισμών είναι πολύ χαμηλή.


Οι μικροοργανισμοί βοηθούν την αποσύνθεση της οργανικής ύλης και σε θαλάσσιο περιβάλλον. Μπορεί να υπάρχουν εκατομμύρια μικροοργανισμοί σε ένα χιλιοστόλιτρο θαλασσινού νερού ή σε ένα μικρογραμμάριο ιζήματος.
Μέσω της φυσικής αποσύνθεσης τα άτομα του άνθρακα επιστρέφουν στο οικοσύστημα και γίνονται πάλι διαθέσιμα για τα φυτά ώστε να επαναπροσληφθούν με τη διαδικασία της αποσύνθεσης. Τα ζώα με την πρόσληψη τροφής μέσω της αναπνοής, των απεκκρίσεων και της τελικής αποσύνθεσης τους είναι μέρος της ισορροπημένης ανταλλαγής άνθρακα. Αυτές οι διαδικασίες αποτελούν τον κύκλο του άνθρακα.
Η βιοαποικοδόμηση και η αβιοτική αποικοδόμηση παίζουν το ρόλο τους στην αποσύνθεση των πλαστικών.
Η βιοαποικοδόμηση γενικά θεωρείται ότι περιλαμβάνει ενζυματικές και μη ενζυματικές υδρολύσεις. Η ενζυματική αποικοδόμηση γίνεται είτε από την παρουσία εξωκυτταρικών ενζύμων στο περιβάλλον των μικροοργανισμών ή από ενδοκυτταρικά ένζυμα. Και στις δύο περιπτώσεις η πολυμερική αλυσίδα διασπάται σε μικρότερα τμήματα.
Τα ένζυμα μπορεί να είναι είτε ενδοένζυμα , που σπάζουν εσωτερικούς δεσμούς μέσα στην αλυσίδα , είτε εξωένζυμα που διασπούν τις τελικές μονάδες των μονομερών διαδοχικά. Τα ενδοένζυμα σπάζουν τους δεσμούς της αλυσίδας σε τυχαίες θέσεις κα αυτό συνεπάγεται την ταχεία μείωση του μοριακού βάρους. Η συνεχής διάσπαση των παραγόμενων θραυσμάτων οδηγεί σε λιγότερο άμεσες δραματικές αλλαγές στο μοριακό βάρος.
Όταν η αρχική θραυσματοποίηση είναι εξωκυτταρική , τα θραύσματα του πολυμερούς μπορεί σε κάποιο σημείο να είναι τόσο μικρά , ώστε να μεταφερθούν στο εσωτερικό του κυττάρου, όπου η αποικοδόμηση συνεχίζεται ως την πλήρη ανοργανοποίηση. Αυτό μπορεί να γίνει από τον ίδιο οργανισμό που παρέχει τα εξωκυτταρικά ένζυμα για την αρχική θραυματοποίηση ή από άλλους οργανισμούς. Σε άλλες περιπτώσεις μακροοργανισμοί συμμετέχουν στην αποικοδόμηση των πλαστικών μέσω της κατάποσης , μάσησης και έκκρισης.
Περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν και την βιοαποικοδόμηση , όπως η θερμοκρασία , τα επίπεδα της υγρασίας, , η ατμοσφαιρική πίεση , η πίεση του οξυγόνου , η συγκέντρωση οξέων και μετάλλων και ο βαθμός έκθεσης στο φως. Παράγοντες που σχετίζονται με του μικροοργανισμούς περιλαμβάνουν την συγκέντρωσή τους , αν αυτοί έχουν ή όχι ένζυμα τα οποία χρησιμοποιούν το πολυμερές ως υπόστρωμα , τη συγκέντρωση των ενζύμων, τη παρουσία θρεπτικών υλικών για τους μικροοργανισμούς και την παρουσία παρεμποδιστών ή ανταγωνιστών.
Ακόμη ο ρυθμός στη βιοαποικοδόμησης εξαρτάται ιδιαίτερα από τη σύσταση του πολυμερούς μιας και αυτό αποτελεί υπόστρωμα για τα ένζυμα. Η φύση των διακλαδώσεων στην ανθρακική αλυσίδα και η στερεοδιάταξη ενδιαφέρει ιδιαίτερα στους μηχανισμούς βιοαποικοδόμησης, επειδή τα ένζυμα είναι εκλεκτικά σε κάποιο ιδιαίτερο τύπο διακλαδισμένης αλυσίδας και στερεοδιάταξης.


 

Βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά

Υπάρχουν 4 κατηγορίες βιοαποικοδομήσιμων πλαστικών, από τις οποίες οι 3 προέρχονται από ανανεώσιμες πηγές:
Α)Τα πολυμερή από βιομάζα όπως τα αγροπολυμερή
Β)Τα πολυμερή από μικροβιακή δράση
Γ)Τα συμβατικά και συνθετικά πολυμερή των οποίων τα μονομερή λαμβάνονται από αγροτικές καλλιέργειες.
Δ)Τα πολυμερή των οποίων τα μονομερή λαμβάνονται συμβατικά με χημική σύνθεση