Muoviongelmaa yritetään ratkaista levien avulla

Kuvittele maailmamme ilman muoveja – niitä on kaikkialla, rakentamisesta ja elektroniikasta kuljetuksiin ja pakkauksiin. Yleinen lujuus ja kestävyys tekevät muovista niin käyttökelpoista, mutta ne tekevät muovista myös johtavan saastuttajan .

Kalifornian Santa Barbaran yliopiston kansallisen ekologisen analyysin ja synteesin keskuksen tutkimuksen mukaan jopa 13 miljoonaa tonnia muovia päätyy valtameriin vuosittain. Tutkimuksessa todettiin myös, että noin puolet maailmanlaajuisesti vuosittain tuotetusta 300 miljoonasta muovitonnista käytetään vain kerran. Näiden lukujen suhteuttamiseksi voidaan todeta, että vuonna 2014 pelkästään Yhdysvalloissa myytiin yli 100 miljardia muovista juomapulloa, jotka kierrätyspyrkimyksistä huolimatta aiheuttavat 14 prosenttia Amerikan saastumisesta.

Muovin hajoaminen kaatopaikoilla ja valtamerissä voi kestää jopa 1 000 vuotta. Ohuempien muovien, kuten vesipullojen, hajoaminen voi kestää yli 450 vuotta.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi Los Alamosin kansallisen laboratorion tutkijat ovat kehittäneet vaihtoehtoisen menetelmän, jolla voidaan kestävällä tavalla valmistaa muovia, joka ei ole ainoastaan kestävää vaan myös helposti biologisesti hajoavaa.

Tämän päivän muovit valmistetaan tavallisesti käyttäen kemikaaleja, jotka on johdettu öljystä, joka on rajallinen ja kestämätön luonnonvara. Muovit ovat synteettisiä ja koostuvat tyypillisesti niin sanotuista orgaanisista polymeereistä. Tällaiset polymeerit koostuvat pienemmistä, samanlaisista molekyyleistä, jotka ovat yhteydessä toisiinsa. Joitakin polymeerejä esiintyy luonnossa (esimerkiksi selluloosa koostuu sokerimolekyyleistä), kun taas toisia valmistetaan keinotekoisesti (kuten nailonia, teflonia ja polyvinyylikloridia, joka tunnetaan yleisemmin nimellä PVC).

Synteettisten muovien valmistuksessa ei käytetä raakaöljyä, vaan Los Alamosissa etsitään vaihtoehtoista, ympäristöystävällistä resurssia – levää. Levä on jo nyt käyttökelpoinen vaihtoehtoinen energialähde polttoaineeksi, mutta se voi osoittautua hyödylliseksi myös perusmateriaaliksi, jonka avulla voidaan valmistaa biopohjaisia polymeerejä, joita kutsutaan yleisesti biopolymeereiksi ja jotka ovat vahvoja ja kestäviä, mutta hajoavat nopeammin kuin öljypohjaiset vastineensa.

Minkä levän löytäminen soveltuu parhaiten biopolymeerien valmistuksen perusmateriaaliksi ei ole helppo tehtävä. Levätyyppejä on monia, mikroskooppisen pienistä (kuten sinilevät eli syanobakteerit, joita kutsutaan sinivihreän värinsä vuoksi) suuriin merileviin, jotka kasvavat yli sata metriä pitkiksi. Kolme laboratorion työryhmää pyrkii selvittämään, mikä levätyyppi soveltuisi parhaiten biohajoavien muovien valmistukseen.

Yksi työryhmä, joka koostuu pääasiassa biologeista, tutkii biologisia ominaisuuksia, joita löytyy kaikista levälajeista. He ovat erityisen kiinnostuneita kunkin levän geneettisestä rakenteesta, genomista, joka sisältää kaiken sen biologisen tiedon, jota tarvitaan biopolymeerien valmistukseen tarvittavien rakennusaineiden syntetisoimiseksi. Toinen ryhmä, joka koostuu pääasiassa kemisteistä, selvittää kemiallisia prosesseja, joita tarvitaan sellaisten uusien biopolymeerien löytämiseksi, suunnittelemiseksi ja valmistamiseksi, jotka ovat yhtä vahvoja ja kestäviä kuin öljypohjaiset muovit, mutta hajoavat paljon nopeammin.

Tällaisten tietovuorten läpikäyminen voi viedä useita vuosikymmeniä, joten kolmas ryhmä soveltaa koneoppimisen analyysiä työn nopeuttamiseksi. Koneoppivat algoritmit voivat itse asiassa oppia datasta, tunnistaa kuvioita ja jopa tehdä päätöksiä, ja kaikki tämä ilman ihmisen osallistumista.

Valjastamalla leväbiologian ja polymeerikemian rikkaat ja laajat maisemat luomme puitteet, joiden pohjalta voimme suunnitella uuden sukupolven biopolymeerejä, jotka toimivat perustana vallankumouksellisille uusille biomuoveille. Tällaiset biomuovit voivat lopettaa Kalifornian rannikolla sijaitsevan Suuren Tyynenmeren roskaantumisalueen kaltaisten ongelmien lisäämisen. Tällä kaksi kertaa Teksasin kokoisella laikalla on kuusi kertaa enemmän muovia kuin meren elämää. Biomuovit ovat yksi tapa jatkaa muovien käyttöä saastuttamatta maapalloa ja vesistöjä tuleville sukupolville.

Babetta L. Marrone on Los Alamosin kansallisen laboratorion bioenergia- ja biotieteiden ryhmän vanhempi tutkija, ja hän on Los Alamosin rahoittaman uuden hankkeen ”Biomanufacturing with Intelligent Adaptive Control (BioManIAC)” päätutkija. Hän toimii myös Los Alamosin biopolttoaineohjelmapäällikkönä ja valvoo energiaministeriön bioenergiateknologiatoimiston rahoittamia hankkeita.

Tämä juttu ilmestyi ensin Santa Fe New Mexicanissa.