Ett gammalt ordspråk säger att du måste knäcka några ägg för att göra en omelett. De flesta människor slänger sedan ut dessa äggskal. Faktum är att många äggskal hamnar på soptippar, konstaterar Boniface Tiimob. Han är materialvetare och doktorand vid Tuskegee University i Alabama. Men nu, säger han, finns det en lovande ny användning för det avfallet. Dessa skal kan återvinnas till förpackningar för fler ägg eller andra varor.
Vijaya Rangari är materialvetare, även han vid Tuskegee. Han och Tiimob fick sin idé när National Science Foundation utmanade forskare att hitta sätt att använda avfall på bästa sätt. Teamet bestämde sig till och med för att göra sin nya förpackning biologiskt nedbrytbar. Med andra ord, de designade den för att bryta ner till säkra material under en ganska kort period. Då kan naturen återvinna dessa nedbrytningsprodukter till nya resurser.
För deras design, teammedlemmarna drog på sina kemikunskaper och gjorde en del läxor. Till exempel studerade de en del tidigare arbeten om biologiskt nedbrytbara polymerer. Polymerer är gjorda av långa kedjor av upprepade grupper av atomer. Två biologiskt nedbrytbara är PLA och PBAT. PLA, eller polymjölksyra, kommer från majsstärkelse. På egen hand är den stark men väldigt skör. “Det har ingen flexibilitet alls,” säger Tiimob. PBAT – förkortning för poly (butylenadipat-co-tereftalat) – kommer från petroleum. Den är väldigt flexibel men inte särskilt stark.
En tidigare studie kombinerade kalciumkarbonat med PLA. Detta gjorde att plasten kunde böja sig lite mer innan den gick sönder. En annan studie visade att PLA också var mer flexibel med en del PBAT tillsatt. Men de två plasterna blandas i allmänhet inte bra, konstaterar Rangari.
Han och Tiimob trodde att de kunde bygga vidare på dessa studier. De resonerade att kalciumkarbonat kunde hjälpa polymererna att blandas och samtidigt ge flexibilitet. Äggskal, eftersom de mestadels består av kalciumkarbonat, kan vara en bra källa, tänkte Rangari och Tiimob. Så de blandade in bitar av äggskal med plasten. Små bitar.
Forskarna valde partiklar i nanoskala eftersom de skulle ha massor av
yta. Rangaris grupp hade redan kommit på hur man gör nanopartiklarna. Först malde de rena äggskal till ett fint pulver. Den processen var ungefär som att mala vete till mjöl. Därefter blästrade de det fina pulvret med ultrasonic vågor. Dessa är energivågor som har en högre frekvens än hörbart ljud. Kraften bröt ner pudret ännu längre till små, små bitar. Var och en var formad som en staplad kortlek och var 10 nanometer i diameter. (Ett människohår är mer än 350 000 gånger så tjockt.)Teamet blandade äggskalsnanopartiklar till olika blandningar av PLA och PBAT. Den bästa prestandan kom från en blandning som var cirka 0,5 procent äggskal. Resten av det var sju delar av PBAT till var tredje del av PLA. Resultatet var ungefär sju gånger mer flexibelt än andra biologiskt nedbrytbara polymerblandningar, sa Rangari. Plasten var också tillräckligt stark för de flesta förpackningsanvändningar.
Forskarna beskrev sitt arbete den 16 mars i San Diego vid American Chemical Societys nationella möte.
Vad kommer härnäst?
Teamet undersöker nu vad som händer med äggskal-plastblandningen i jord. De vill särskilt se hur kalciumkarbonatet interagerar med växter, säger Tiimob. Karbonatet ska förbättra jorden och sänka dess surhet. Kalciumet borde hjälpa tomater och vissa andra växter som behöver mycket av det näringsämnet när deras frukt växer.
Forskarna arbetar till och med med möjliga medicinska användningsområden för nanopartiklar av äggskal. Till exempel kan de göra bättre tandfyllningar eller hjälpa till att läka benskador, säger Rangari.
Jinwen Zhang är materialvetare vid Washington State University i Pullman. Han har arbetat med PBAT, PLA och kalciumkarbonat. Zhang tror att Tuskegee-teamets idé om att använda äggskalsnanopartiklar kan visa sig vara mycket användbar.
“Gruppen bör berömmas för att de tänkte använda äggskalet”, säger Zhang. “På detta sätt förvandlar du avfall till något som kan vara användbart.”
Men att göra en bra, biologiskt nedbrytbar plast är bara halva utmaningen, säger Susan Selke. Hon är kemi- och förpackningsingenjör vid Michigan State University, i East Lansing, och inte involverad i den nya plasten. Den biologiskt nedbrytbara plasten måste ändå komma till ett kompostsystem, säger hon. Med det menar hon att det borde finnas ett sätt för människor att separera det och visst matavfall från andra typer av sopor. Sedan bör dessa material gå till en plats där mikrober kommer att ha tillräckligt med syre och fukt för att bryta ner dem.
“Om dessa kommer att gå till ett komposteringssystem, då är det vettigt att vara biologiskt nedbrytbar, säger Selke. “Om de ska gå till en soptipp är det inte meningsfullt”, eftersom de kommer att få liten chans att försämras. Plasten måste utformas för hur den ska användas — och kasseras.
Kraftord
(för mer om Power Words, klicka här)
antibakteriell Har egenskaper som tenderar att förstöra eller begränsa tillväxten eller reproduktionen av bakterier.
hörbart
Något som kan höras, vanligtvis med öron eller andra ljudavkännande strukturer.biologiskt nedbrytbart
Att bryta ner, baserat på mikrobers aktivitet, till enklare material. Detta inträffar vanligtvis i närvaro av vatten, solljus eller andra tillstånd som hjälper till att vårda dessa organismer.
kalciumkarbonat Den huvudsakliga kemiska föreningen i kalksten, en sten gjord av de små skalen från forntida marina organismer. Dess formel är CaCO3 (vilket betyder att den innehåller en kalciumatom, en kolatom och tre syreatomer). Det är också den aktiva ingrediensen i vissa antacida läkemedel (de som används för att neutralisera magsyror).
kemiingenjör En forskare som använder kemi för att lösa problem relaterade till produktion av mat, bränsle, mediciner och många andra produkter .
kompost Slutprodukten vid nedbrytning, eller nedbrytning, av löv, växter, grönsaker, gödsel och annat en gång levande material. Kompost används för att berika trädgårdsjord, och daggmaskar hjälper ibland denna process.
nedbryta (inom kemi) Att bryta ner en förening till mindre komponenter.
ingenjör En person som använder vetenskap för att lösa problem. Som ett verb betyder att konstruera att designa en enhet, ett material eller en process som kommer att lösa ett problem eller ett ouppfyllt behov.
frekvens Antalet gånger ett specificerat periodiskt fenomen inträffar inom ett angivet tidsintervall. (Inom fysik) Antalet våglängder som inträffar under ett visst tidsintervall.
doktorand Någon som arbetar mot en avancerad examen genom att ta lektioner och utföra forskning. Detta arbete görs efter att studenten redan har tagit examen från college (vanligtvis med en fyraårig examen).deponi En plats där skräp dumpas och sedan täcks med smuts för att minska lukter. Om de inte är fodrade med ogenomträngliga material, kan regn som sköljer genom dessa avfallsplatser läcka ut giftiga material och föra dem nedströms eller till grundvattnet. Eftersom skräpet i dessa anläggningar är täckt av smuts, får avfallet inte direkt tillgång till solljus och mikrober för att hjälpa till med deras nedbrytning. Som ett resultat kan även tidningar som skickas till deponi motstå sammanbrott i många decennier.
material vetenskap Studiet av hur ett materials atomära och molekylära struktur är relaterad till dess övergripande egenskaper. Materialforskare kan designa nya material eller analysera befintliga. Deras analyser av ett material övergripande egenskaper (såsom densitet, hållfasthet och smältpunkt) kan hjälpa ingenjörer och andra forskare att välja material som passar bäst för en ny applikation.
molekyl En elektriskt neutral grupp av atomer som representerar minsta möjliga mängd av en kemisk förening. Molekyler kan vara gjorda av enstaka typer av atomer eller av olika typer. Till exempel består syret i luften av två syreatomer (O2), men vatten består av två väteatomer och en syreatom (H
nano– Ett prefix som indikerar en miljarddel. I det metriska mätsystemet används det ofta som en förkortning för att hänvisa till objekt som är en miljarddels meter långa eller i diameter.
nanoteknik Vetenskap, teknik och ingenjörskonst som behandlar saker och fenomen på skalan av 100 miljarddelar av en meter eller mindre.
partikel En liten mängd av något.
plast Något av en serie material som är lätt deformerbara; eller syntetiska material som har tillverkats av polymerer (långa strängar av någon byggstensmolekyl) som tenderar att vara lätta, billiga och resistenta mot nedbrytning.
polymjölksyra (förkortat PLA) En plast tillverkad av kemiskt länkar samman långa kedjor av mjölksyramolekyler. Mjölksyra är ett ämne som finns naturligt i komjölk.
polymer Ämnen vars molekyler är gjorda av långa kedjor av återkommande grupper av atomer. Tillverkade polymerer inkluderar nylon, polyvinylklorid (bättre känd som PVC) och många typer av plaster. Naturliga polymerer inkluderar gummi, siden och cellulosa (finns i växter och används till exempel för att göra papper).
recycle För att hitta nya användningsområden för något – eller delar av något – som annars skulle kunna kasseras, eller behandlas som avfall.
yta Arean av något materials yta. I allmänhet har mindre material och sådana med grovare eller mer invecklade ytor en större yttre yta – per massaenhet – än större föremål eller sådana med slätare exteriörer. Det blir viktigt när kemiska, biologiska eller fysikaliska processer sker på en yta.
ultrasjud Ljud vid frekvenser över det intervall som kan detekteras av det mänskliga örat. (adj. ultraljud).
Detta är en i en serie som presenterar nyheter om teknik och innovation, gjorda möjligt med generöst stöd från Lemelson Foundation.
Leave a Reply