최근에 사람들은 생태 환경의 중요성을 점점 더 많이 인식하고 있으며 자연 환경은 인간 생존과 번식을위한 물질적 기반이기 때문에 생태 환경의 비용으로 경제 발전을 이룰 수 없다는 것을 알고 있습니다. 자연 환경의 개선은 인간의 생존과 발전을위한 전제 조건입니다.
2020 년 3 월 19 일 과학 보고서에 발표 된 연구에 따르면, 일상 작업에서 플라스틱 포장 (예 : 초콜릿 비닐 봉지 및 병)을 열면 길이가 5mm 미만인 소량의 작은 플라스틱 입자, 즉 마이크로 플라스틱이 생성 될 수 있습니다.
현재, 연구는 그들이 가지고있는 위험과 가능한 독성, 그리고 그들이 어떻게 인간에 흡수되는지에 대해 명확하지 않았으며, 다음 연구는 인간에게 필요합니다.
위의 연구에서 일상적인 플라스틱은 건강에 해로운 마이크로 플라스틱을 가져올 수 있습니다. 그러나 플라스틱에 대한 더 많은 논란이 있습니다.
오늘, 우리는 주요 환경 오염 중 하나 인 플라스틱과 미생물의 관계에 대해 이야기하고 미생물을 사용하여 플라스틱 오염 문제를 해결하는 방법에 대해 논의 할 것입니다. 이 논문이 관련 산업과 과학 및 기술 실무자에게 영감을 줄 것이며 독자들에게 환경 보호에주의를 기울일 것을 희망합니다.
플라스틱의 장단점
1950 년대 "가소성 시대"가 도래하면서 건축 기술은 엄청난 변화를 겪었습니다. 화석 연료 산업의 발전으로 단열재에서 기계 재, 코팅재에 이르기까지 모든 종류의 재료가 바뀌는 광범위한 플라스틱이 사용되었습니다. 오늘날 플라스틱은 여전히 모든 건물 구성 요소의 어디에나있는 부분입니다.
그것은 건축뿐만 아니라 실제로 모든 곳에서 플라스틱입니다. 플라스틱은 우리가 입는 옷, 우리가 사는 집 및 운전하는 자동차에서 찾을 수 있습니다. 플라스틱은 시청하는 TV, 사용하는 컴퓨터 및 사용하는 도구에서도 찾을 수 있습니다. 사람들은 다양한 장소에서 플라스틱 제품을 사용하여 삶을 더욱 편리하고 안전하며 즐겁게 만듭니다.
그러나 실제로 플라스틱의 원료는 주로 석유 나 천연 가스에서 비롯되며 많은 문제를 야기합니다. 예를 들어, 석유 자원은 매우 제한적입니다. 예를 들어, 오일 추출 및 정제 과정에서 오염을 일으키는 것은 매우 쉽습니다. 광업 및 정제 공정으로 인한 표준 오염 외에도 2010 년 걸프만을 따라 대규모 석유 유출과 같은 주요 생태 피해 사고가 발생할 가능성이 있습니다.
반면에, 플라스틱 생산 중에 유독성 화학 물질이 방출됩니다. 플라스틱 제조와 함께 많은 유해 화학 물질이 생산 될 것이며, 불가피하게 물, 토양 및 공기를 통해 생태계에 진입하여 파괴 될 것입니다. 이러한 화학 물질 중 다수는 지구상에서 가장 파괴적인 독소 중 하나 인 지속적인 유기 오염 물질입니다.
또한 플라스틱은 분해하기 어렵습니다. 일부 비닐 봉지와 병은 자연적으로 대부분의 미생물이 플라스틱을 음식으로 사용하지 않기 때문에 분해하지 않고 수백, 수천 또는 수백만 년 동안 분해되지 않을 수 있습니다.
그러나 최근에 발견 된 일부 새로운 미생물은이 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.
플라스틱이 분해되는 새로운 박테리아
폴리스티렌은 일회용 컵, 식기, 장난감 및 포장재와 같은 일회용 플라스틱 제품의 주요 구성 요소입니다. 현재, 다양한 산업에서 폴리스티렌의 생산 및 소비가 기하 급수적으로 증가하고 있으며, 이는 환경에 큰 위협이되고 폐기물 이용 효율이 낮 으면이 문제가 악화됩니다.
유엔 통계에 따르면 전세계에서 매년 약 3 억 톤의 플라스틱 폐기물이 생산되며 그 중 약 10 %만이 재활용됩니다. 인도는 연간 약 1650 만 톤의 플라스틱을 소비하는 것으로 추정됩니다. AIPMA는 플라스틱 산업에서 약 1400 만 톤의 폴리스티렌을 생산하며이 모두는 분해가 불가능하다고 추정합니다.
최근 인도 총리는 2022 년까지 일회용 플라스틱 제품이 더 이상 인도에서 사용되지 않아 매일 플라스틱 제품의 5 분의 1을 차지할 것이라고 발표했으며,이 계획은 인도에서 큰 의미가있을 것입니다.
그러나 최근 인도 우타르 프라데시의 그랜드 노이다에있는 SHIV 나 다르 대학의 Richa priyadarshini 팀은 그랜드 노이다의 습지에서 플라스틱 오염 위기를 해결하기위한 환경 대안을 제공 할 수있는 두 종류의 "식용 플라스틱"박테리아를 발견했다.
연구팀이 분리 한 2 개의 박테리아는 exiguobacterium strain dr11과 exiguobacterium undae strain dr14입니다. 연구에 따르면 폴리스티렌을 분해 할 가능성이 있습니다.
priyadarshini는“우리의 데이터는 극한 박테리아 인 exiguobacterium이 폴리스티렌을 분해 할 수 있으며 플라스틱으로 인한 환경 오염을 줄이기 위해 더 사용될 수 있다는 사실을 보여준다”고 priyadarshini는 말했다.
프리 야 다르 시니는“습지가 미생물의 가장 다양한 서식지 중 하나이지만 상대적으로 탐사되지 않았다”고 말했다. 따라서 이러한 생태계는 새로운 생명 공학 응용 프로그램으로 박테리아를 분리하기에 이상적인 장소입니다. "
폴리스티렌은 고 분자량 및 장쇄 중합체 구조를 가지며, 우수한 분해 방지 성능을 갖는다. RSC 저널에 발표 된 연구에 따르면 이것이 환경에서 지속되는 이유입니다.
연구팀은 분리 된 두 박테리아가 플라스틱 (폴리스티렌)과 접촉 할 때이를 탄소원으로 사용하여 바이오 필름을 만드는 데 사용한다는 사실을 발견했습니다. 이것은 폴리스티렌의 물리적 특성을 변화시키고 자연 분해 과정을 시작합니다. 그러면 박테리아는 가수 분해 효소를 방출하여 고분자 사슬을 파괴 할 수 있습니다.
현재 연구팀은 환경 생물 치료에 사용하기 위해 이러한 균주의 대사 과정을 평가하려고 노력하고 있습니다.
SHIV nadar University의 부사장 인 rupamanjari Ghosh는“캠퍼스 습지에 대한 과학적 연구를 할 때 우연히 '식용 플라스틱에서 박테리아를 발견했다'고 말했다. 이는 플라스틱의 자연 분해를 차단하고 생분해를 수행하기에 비교적 이상적인 솔루션입니다. "
프리 야 다르 시니 (Priyadarshini)는“우리는 처음에이 지역의 박테리아 종을 이해하기 위해이 지역을 탐색했지만 결국에는 독특한 용도로 많은 박테리아 종을 분리했다”고 덧붙였다.
그녀는 플라스틱의 생분해 성을 가진 새로운 균주를 발견하면 새로운 효소와 잠재적 인 대사 경로가 발견 될 수 있으며, 이는 미래의 생물학적 치료에 기여할 것이라고 지적했다.
연구원들은 두 박테리아가 폴리스티렌 표면에 바이오 필름을 만들 수 있다고 지적했다. Biofilm은 매우 높은 세포 밀도를 달성하기 위해 응집 커뮤니티 형태의 박테리아 세포의 모음으로, 폴리머 분해 효소가 더 강력한 역할을하도록합니다.
프리 야 다르 시니 (Priyadarshini)는“폴리스티렌은 분해하기 어렵다. 생분해 전에 화학, 열 및 광산화와 같은 일부 형태의 전처리가 필요하다”고 말했다.
Dr11 및 dr14는 처리되지 않은 폴리스티렌에 생물막을 형성 할뿐만 아니라 비 변형 플라스틱을 분해 할 수도 있습니다.
프리 야 다르 시니 (Priyadarshini)는“최근 몇 년 동안 플라스틱 제품에 대한 사람들의 의존도가 크게 높아지면서 환경에 많은 양의 플라스틱이 축적되어 생태계에 부정적인 영향을 미치므로 지속 가능한 플라스틱 분해 방법이 필요하다. "
플라스틱을 분해하는 것 외에도 플라스틱을 대체하고 분해 할 수있는 새로운 재료를 찾는 사람들이 많이 있습니다.
왼쪽에서 오른쪽으로 : Anne Schauer Gimenez, Allison pieja 및 Molly Morse의 망고 재료. 그 옆에는 샌프란시스코 베이 근처에있는 하수 처리장의 바이오 폴리머 발효 탱크가 있는데,이 바이오 플라스틱은 박테리아에게 바이오 플라스틱을 생산하는 데 필요한 메탄을 제공합니다. 사진 출처 : Chris Joyce / NPR
플라스틱을 대체하는 바이오 폴리머
실리콘 밸리 스타트 업은 옷에서 플라스틱을 추출한 다음 플라스틱을 대체하는 생분해 성 폴리머를 추가하려고합니다.
폴리머는 많은 동일한 단위로 구성된 장쇄 분자입니다. 이러한 종류의 재료는 종종 더 내구성 있고 탄력적입니다. 플라스틱은 석유 제품으로 만들어진 폴리머입니다. 그러나, 사실상, 목재 또는 누에의 실크에서 셀룰로스와 같은 바이오 폴리머가 종종 나타난다. 그들은 천연 물질로 분해 될 수 있다는 점에서 플라스틱과 다릅니다.
Molly Morse는 일부 플라스틱을 대체 할 수있는 바이오 폴리머를 만들고자합니다. 그녀는 망고 재료라는 작은 회사를 운영하고 있습니다. 망고는 그녀가 가장 좋아하는 과일입니다. 그녀는 회사 이름이 베이 지역의 다른 기술 회사와 다르게 들리기를 희망합니다.
"우리는 전형적인 실리콘 밸리 스타트 업이 아니며, 폐수 처리장에서 폴리머를 생산하고 있으며, 차고에서 코딩하는 사람들은 많지 않습니다."
그렇다면 하수 처리장에서 바이오 플라스틱을 어떻게 만드는가?
모르스는 초등학교에있을 때 시작했다고 말했다. 그녀는 수족관에 가서 바다에 떠 다니는 플라스틱 쓰레기를 모방 한 전시회를 보았습니다.
그녀는 다음과 같이 회상했다. "맥도날드 폼 플라스틱처럼 조개 껍질을 가진 구조와 같은 매우 거대한 물고기가 있습니다. 놀랍고 완전히 겁을 먹었습니다. 이번 전시회는 제 삶을 변화 시켰습니다. 어리석은 것 같아요. 바꾸고 싶어요."
그 결과, 모르스는 꿈을 추구하고 박사 학위를 취득했습니다. Stanford University에서 환경 공학을 전공했습니다. 2006 년 과학 컨퍼런스에서 그녀는 또 다른 젊은 엔지니어 인 Anne Schauer Gimenez를 만났습니다. Schauer-Gimenez는 "오전 4 시까 지이 작업을 수행하는 방법에 대해 이야기 할 것이라고 생각하지 않습니다."
이 과정은 박테리아를 사용하여 바이오 폴리머를 만드는 것입니다.
일부 박테리아는 메탄을 섭취하고 자체 바이오 폴리머를 만들 수 있으며, 특히 잘 먹이면 더 많은 바이오 폴리머를 생산하고 축적합니다. "우리가 아이스크림이나 초콜릿을 너무 많이 먹어서 지방이 생기면 우리 몸의 지방이 쌓이게되고 박테리아도 쌓이게됩니다."
바이오 폴리머를 만들려면 박테리아에 많은 음식이 필요합니다. 이것이 망고 재료가 샌프란시스코 베이 근처 캘리포니아 레드 우드에있는 실리콘 밸리 정수라는 폐수 처리장에 부지를 건설 한 이유입니다. 이 회사는 National Science Foundation과 같은 기관의 지원을받습니다.
하수의 불순물 또는 하수의 메탄 가스는 세균성 식품입니다. 처리 시설은 일반적으로 메탄을 연소 시키거나 대기로 직접 배출합니다. 메탄은 강력한 온실 가스이며 대기 중으로 배출되면 지구 온난화를 일으킬 것입니다. 망고 재료는 박테리아에 그것을 공급합니다.
이 과정은 하수로 채워진 대형 강철 탱크 옆에있는 발효 탱크에서 완료됩니다. 망고 엔지니어 인 앨리슨 피에야 (Allison pieja)는 자신의 발명품을 보여주었습니다. 정맥 맥주처럼 튜브가있는 큰 맥주 통처럼 보입니다. "이곳에서 기적이 일어난다"고 그녀는 말했다.
망고의 미생물 학자 앨리슨 피에야 (Alison pieja)는“우리는 박테리아에 자라는 메탄과 산소를 발효기에 지속적으로 첨가하고 박테리아의 성장 방식에 따라 발효기에“비밀 소스”를 떨어 뜨린다.
"비밀 소스"는이 프로세스를 유지하기 위해 팀에서 개발 한 첨가제입니다.
결국 박테리아가 살이 났을 때 연구팀은 발효기를 열어 바이오 폴리머를 얻었습니다. 그들은 그것을 말리고 공으로 만듭니다.
지금까지 거의 2000 파운드의 바이오 폴리머를 관심있는 회사에 배송했습니다. 그들의 주요 목표 시장은 직물이지만 바이오 폴리머도 포장에 사용될 수 있다고 말합니다.
이러한 바이오 폴리머는 폴리 에스테르 섬유와 같은 "플라스틱"처럼 보이고 느껴지는 화려한 실크 실을 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 이 바이오 폴리머는 직물의 플라스틱을 대체하기 위해 의류로 짜여 질 것으로 기대된다.
바이오 폴리머로 만든 옷 소매. 망고 팀은 섬유에 대한 바이오 폴리머의 효과를 테스트하기 위해 여러 회사와 협력하고 있습니다. 이미지 크레디트 : Chris Joyce / NPR
바이오 폴리머의 단점
Schauer-Gimenez는 그러한 옷이 분해 될 수 있다고 사람들에게 겁을 줄 것이라고 말했다. "오 세상에, 당신은 재료로 수영복을 만들 계획입니까? 나는 바다에 갈 것입니다, 그것은 몸을 생분해시킬 것입니다! ' 아니요, 그렇지 않습니다. ""
분해하기 위해, 바이오 폴리머는이를 분해하기 위해 적절한 온도와 해당 박테리아가 필요하며, 분해 프로세스는 몇 주 또는 몇 달 동안 연속 노출이 필요합니다. 모르스는 건조한 애리조나 사막이나 해저와 같이 조건이 적절하지 않으면 시간이 더 오래 걸릴 수 있음을 인정합니다.
이것은 지금까지 바이오 폴리머의 단점이며 일부 생분해는 예상만큼 빠르지 않습니다.
사우스 캐롤라이나 주 캐슬 대학교 (Castle University of South Carolina)의 생물학 교수 인 존 와인 스타 인 (John Weinstein)은 옥수수 폴리머로 만든 봉투를 습지에 넣고 일반 비닐 봉투보다 느리게 분해하는 것을 발견했습니다. "새로운 재료를 만들었지 만 어떻게 분해 되었습니까? 나는 놀랐습니다."라고 바이오 플라스틱에 대해 말했습니다.
Michigan State University의 화학 엔지니어이자 바이오 플라스틱 전문가 인 Ramani Narayan은“환경 조건에 관한 것입니다. "생분해가 길수록 폐기물이 더 오래 존재할 것입니다.이 기간 동안 환경에 심각한 부정적인 영향을 줄 것입니다. 영향, 이것은 신중히 고려해야 할 사항입니다."
망고 머티리얼 즈 팀은이 소재가 폴리 하이드 록시 알 카노 에이트 또는 PHA 형태의 바이오 폴리머라고 밝혔다. 대부분의 바이오 폴리머와 달리 재활용이 필요하지 않습니다. 적절한 조건에서 한두 달 안에 준비됩니다. 생분해 될 수 있습니다. 그들의 제품은 현재이를 확인하기 위해 독립적 인 테스트를 받고 있습니다.
모스는 바이오 폴리머를위한 길을 열기 위해 많은 노력을 기울여야한다고 인정했다. 그녀는 사람들에게 플라스틱을 덜 사용하고 버리지 않고 재사용 할 것을 촉구했습니다. 그러나 그녀는 어린 시절의 꿈을 추구하여 플라스틱보다 더 나은 것을 찾습니다.
"우리는 이것이 거대한 글로벌 문제에 대한 해결책이라고 확신하지 않는 한 이것을하지 않을 것입니다."
소성 오염 : 해결 방법?
현재 플라스틱은 여전히 우리의 삶에 필수적이지만, 그 분해가 느리기 때문에 일련의 환경 오염이 발생했습니다. 이 문제를 해결하려면 인생에서 플라스틱을 재활용 할 수 있어야합니다.
둘째, 과학과 기술의 발전으로 사람들은 미생물의 플라스틱 대신에 오염을 줄이거 나 새로운 바이오 물질을 생산할 수있는 방법을 찾을 수 있습니다.
어떤 식 으로든 환경과 인간 개발에 도움이되는 것이 중요합니다.
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