Natuurlijke nabootsing oplossing voor plastic eilanden?

Een belangrijke momentopname in het ontstaan van de huidige afvalmaatschappij was het magazine LIFE, editie 1955. Hierin stond het artikel Throw away living, de impuls die de wereldeconomie nodig had na Wereldoorlog II. Mensen werden aangespoord veel te kopen en het zo snel mogelijk weer weg te gooien. Het werkte. Nog steeds. In bijna zestig jaar tijd hebben we ons hele leven ingepakt in plastic; iedere handeling, elke activiteit heeft wel iets met het goedje. Wat men in de jaren 50 niet besefte is dat plastic niet vanzelf afbreekt tot CO₂ en water. Plastic blijft plastic, of het worden hele kleine stukjes zogenaamde “microplastics”, we geraken er in elk geval niet van af. Na vele omzwervingen komt al dat plastic, door het lage gewicht en de typische vormgeving van bijvoorbeeld plastic zakjes, uiteindelijk in rivieren of direct in de zee/oceaan terecht.

De zee heeft dus een groot probleem: het plastic eiland (of plastic soup). Sommigen beseffen helaas nog niet wat de draagwijdte is van dit probleem. Anderen denken dan weer dat het een echt eiland van plastic is. In werkelijkheid gaat het over een heuse soep van water en grotendeels piepkleine plastic deeltjes. De schattingen over de grootte van het eiland in de noordelijke Stille Oceaan (in het Engels: Great Pacific Garbage Patch) lopen sterk uiteen en gaan van 700.000 tot meer dan 15 miljoen km². Dit gaat dan nog maar over één van de vijf plastic eilanden. De vier anderen bevinden zich in de zuidelijke Stille Oceaan, in het noorden en zuiden van de Atlantische Oceaan en in de Indische Oceaan.

Gevolgen voor zeedieren

Onder invloed van het licht en de omgeving valt al het plastic aanwezig in zo’n drijvende vuilnisbelt uiteen in microplastics (< 0,3 mm) die met het blote oog onzichtbaar zijn, maar wel een groot effect op het ecosysteem hebben. Ze kunnen opgenomen worden in de weefsels van mariene organismen waardoor chemische stoffen zich dus meer en meer opstapelen in de voedselketen. Vissen en andere zeedieren zien het verschil niet tussen de microplastics en hun normale voedsel (plankton). Onderzoek wijst uit dat jaarlijks 12 to 24 duizend ton (!) plastic afval in de magen van vissen terechtkomt. De microplastics worden ook door vogels aangezien voor eten. Na consumptie van het plastic duurt het één maand tot twee jaar voordat het plastic weer uit het lijf van het dier is. Al deze tijd zit het plastic in het lichaam van het dier, waardoor het minder goed voedsel kan opnemen en ook het hongergevoel wordt weggenomen. Niet alleen zit er veel gif in plastic, maar ook kankerverwekkende gifstoffen die in het water voorkomen (door menselijk toedoen) kunnen zich vasthechten aan de planktongrote plasticpartikels. Schildpadden tenslotte denken dat plastic tasjes kwallen zijn en raken er – vaak dodelijk – in verstrikt. Jaarlijks sterven in totaal meer dan honderdduizend zeezoogdieren aan de gevolgen van de plastic soep.

Microplastics worden vaak bewust als zodanig geproduceerd door bijvoorbeeld makers van een heleboel verzorgingsproducten. Deze plastic deeltjes worden aan het product toegevoegd en vervullen een schuurfunctie om dode huidcellen te verwijderen. Scrubs, peelings, douchegels en zelfs sommige tandpasta’s bevatten microplastics. (Stichting De Noordzee heeft hieromtrent een goede actie lopen trouwens.)

Na meer dan een halve eeuw throw away economy wordt het tijd voor een nieuwe impuls; op zoek dus naar een (natuurlijk) alternatief voor plastic.

Shrilk, een aardig staaltje biomimicry

Harvardonderzoekers lieten zich inspireren door de cuticula, het uitwendige skelet van insecten. Deze meerlagige structuur bestaat voornamelijk uit chitine, een polysacharide samengesteld uit N-acetylglucosamine units, samen met proteinen, lipiden, en catecholamines.

Het nieuwe materiaal shrilk is opgebouwd uit twee basiselementen: chitosan en fibroine. Chitosan is een variatie van chitine (bij insecten, kreeften en garnalen = shrimps), fibroine is het dominante eiwit in zijde (silk). Deze twee basisingrediënten gewoon combineren is nochtans niet voldoende geweest. Er zijn wat architecturale aanpassingen moeten gebeuren. De onderzoekers hebben hiervoor het natuurlijke basisontwerp bestudeerd: bij insecten is de cuticula een gelaagde structuur, wat sterkte en stijfheid geeft. Deze gelaagdheid was dus ook nodig om het nieuwe materiaal te kunnen maken. Het nabootsen van de natuurlijke situatie, oftewel biomimicry, was een cruciale stap in de productie van shrilk.

Shrilk is zo sterk als aluminium, maar weegt slechts de helft en is 100% biologisch afbreekbaar. Daarenboven is het ook nog eens een stuk goedkoper om te maken. Door te variëren met water, kan de flexibiliteit van het materiaal worden vastgelegd. Zo hebben de researchers een volledig synthetische insectenvleugel gebouwd, waarbij de meeste delen hard zijn maar de gewrichten dan weer erg flexibel.

Onbeperkte mogelijkheden

Volgens Javier Fernandez, een van de betrokken onderzoekers, is dit ‘de tweede kans voor natuurlijke materialen.’ Shrilk heeft inderdaad een groot potentieel. Chitine is een van de meest voorkomende materialen in de natuur; het is te vinden bij verschillende diergroepen, van garnalen tot slakken, tweekleppigen en insecten.

De onderzoekers hopen tenslotte dat het nieuwe materiaal een toekomstig milieuvriendelijker alternatief kan worden voor plastic. Nu al is er interesse vanuit verschillende hoeken voor mogelijke toepassingen. We denken onder andere aan luiers die uit zichzelf vergaan en beschermende medische verbanden voor brandwonden en/of andere verwondingen. Omdat shrilk volledig biodegradeerbaar is kunnen de basiscomponenten zelfs als meststof ingezet worden ter verrijking van de bodem.

Waste equals food

In de zogenaamde levenscyclusanalyse, waarbij de totale belasting op het milieu van een product wordt bepaald gedurende de hele levenscyclus, is de impact zodoende gereduceerd tot nul. Dit staat gelijk aan de natuurlijke waste equals food cyclus. Afval wordt gebruikt als voedsel [compost] voor nieuwe producten [bomen en planten]. Het systeem is gesloten, de cirkel is compleet, het ecologisch verantwoorde plaatje klopt. Ziezo, probleem opgelost.

(DH, Scilogs)

Bronnen

– Fernandez JG & DE Ingber 2012. Unexpected strength and toughness in chitosan-fibroin laminates inspired by insect cuticle. Advanced Materials 24 (4): 480-484.
– Noyons AC 2010. Sustainability, the future & the plastic soup. Worm 2009/2010 (5): 25-35. Magazine of Gentse Biologische kring, University of Gent, Belgium.
– Powell A 2012. As strong as an insect’s shell. Harvard Gazette 107 (8): 6.