Naukowcy z Politechniki Łódzkiej opracowali proces przerabiania zużytych opon na papier. Do pracy zaprzęgli bakterie kwasu mlekowego. W przyszłości może to przynieść odczuwalne efekty ekologiczne, bo szczep Lactiplantibacillus plantarum potrafi zmniejszyć masę gumowych odpadów o jedną trzecią.
Co roku przybywa pojazdów na polskich drogach, czego konsekwencją jest wzrost liczby opon w obiegu. Zużyte ogumienie da się przetworzyć – może otrzymać drugie życie jako wycieraczki, dywaniki, uszczelki, wygłuszenia. Może też być wykorzystywane jako granulat do wytworzenia asfaltu czy komponenty do produkcji nawierzchni boiskowych.
Gumowy ekoproblem
Kierowcy mają do dyspozycji kilka opcji pozbycia się zużytych opon. Raz w roku stare ogumienie można bezpłatnie oddać w Punkcie Selektywnej Zbiórki Odpadów Komunalnych. Większość zakładów wulkanizacyjnych przyjmuje też odpłatnie stare opony, gdy wymienia się je na nowe. Dużym problemem jest jednak szara strefa dzikich wysypisk – zakładów oponiarskich, które uznają, że taniej jest wywieźć ładunek do lasu niż zapłacić za utylizację. A mieszanka gumowa użyta do produkcji opon samochodowych zawiera związki, których rozkład trwa nawet 100 lat. Dlatego nie jest dobrym pomysłem używanie opon jako płotków, doniczek czy ozdób ogrodowych – pod wpływem deszczu, śniegu, temperatury opony uwalniają kolejne porcje szkodliwych substancji, które trafiają do gleby.
Chroniony kilkoma patentami pomysł łódzkiego zespołu naukowego może być jaskółką zmian. Metoda, która „zjada gumę” i przetwarza ją w papier, została opracowana przez zespół w składzie: dr hab. inż. Tomasz P. Olejnik, prof. Politechniki Łódzkiej, dr hab. inż. Katarzyna Śliżewska, prof. Politechniki Łódzkiej, dr inż. Marta Pietras z Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności i dr inż. Magdalena Kmiotek z Centrum Papiernictwa i Poligrafii Politechniki Łódzkiej. Wszystko zaczęło się od przypadkowego odkrycia podczas pracy nad doktoratem, którego opiekunem był prof. Olejnik.
– Pracowałam z różnymi szczepami bakterii zarówno przy pracy magisterskiej, jak i inżynierskiej. Przy pracy doktorskiej robiłam testy wzrostu bakterii na różnych podłożach. Jednym z nich był kauczuk naturalny, który się sprawdził, więc następnym etapem były kauczuki syntetyczne – opowiada dr Marta Pietras.
Mikroorganizmy z apetytem
Okazało się, że produktem metabolizmu bakterii jest bioceluloza.
– To mikrobiologicznie skomplikowany proces. Odpady gumowe muszą być rozdrobnione na granulat o średnicy około 2 mm. Chodzi o zwiększenie powierzchni kontaktu z bakteriami, które będą się żywiły węglem zawartym w gumie – w ten sposób gumowy granulat staje się pożywką i źródłem energii dla bakterii – wyjaśnia prof. Tomasz Olejnik.
Nie wszystkie szczepy bakterii mlekowych się sprawdzą. Okazało się, że żaden ze szczepów z kolekcji Wydziału Biotechnologii PŁ nie miał apetytu na gumę. Dlatego prof. Katarzyna Śliżewska opracowała genetycznie zmodyfikowany szczep.
– Bakterie z tej rodziny są powszechne – występują w jogurtach, kefirach, kiszonkach, produktach fermentowanych, są bezpieczne dla ludzi, zwierząt i środowiska. Nie są w stanie pracować w nieskończoność, w pewnej chwili następuje stan nasycenia, ale się regenerują, można je namnażać i dalej wykorzystywać – wyjaśnia prof. Śliżewska.
Aby bakterie miały apetyt na stare opony, muszą być spełnione określone warunki.
– Odpowiednie rozdrobnienie materiału i warunki wzrostu, czyli odpowiednie pH, temperatura – wymienia prof. Olejnik.
Gdy powstająca w tym procesie bioceluloza jest mokra, wykazuje się dużą wytrzymałością – rękoma trudno ją rozerwać, jednak po wyschnięciu staje się krucha. I na to znalazł się sposób: połączenie celulozy bakteryjnej z papierem.
– Włókna roślinne zawierają ligninę, hemicelulozę i wiele innych związków, ale głównym jest naturalna celuloza, która z chemicznego punku widzenia jest tym samym związkiem chemicznym co celuloza bakteryjna. Dlatego można je połączyć bez dodawania innej substancji. Celuloza bakteryjna wypełnia pory w swojej roślinnej odpowiedniczce, dlatego nasz kompozyt zyskał bardzo ciekawą właściwość – nie przepuszcza powietrza – tłumaczy dr inż. Magdalena Kmiotek.
To może oznaczać, że kompozyt znakomicie się sprawdzi jako biodegradowalne opakowanie żywności.
– Może będzie w przyszłości zamiennikiem tworzywa sztucznego. Wiemy już, że kompozyt można pokrywać pigmentami, nadrukami – arkusze ładnie i szczelnie łączą się bez użycia kleju. Do suchych produktów już można byłoby go wykorzystywać. To może być kolejny krok w kierunku ochrony środowiska, bo samochodów przybywa, a więc i zużytych opon będzie coraz więcej. Z nowymi wynalazkami jest jednak tak, że trudno przewidzieć ich dalsze losy… – mówi prof. Olejnik.
Odciążyć środowisko
Jako potencjalne opakowanie papier pozyskiwany z gumy ma jedną wadę – jak każdy papier chłonie wodę.
– Pracujemy teraz nad rozwiązaniami, które usuną ten problem, szukamy wyłącznie naturalnych związków, które wkomponują się w strukturę celulozy – twierdzi dr Magdalena Kmiotek.
Prace prowadzone od około dwóch lat na razie nie wyszły poza laboratorium.
– Wdrożenie na skalę przemysłową to przyszłość. Szukamy środków, partnerów, będziemy aplikowali o fundusze – trzeba zbudować reaktor, pilotażową linię, aby uzyskać zadowalającą szybkość wzrostu biocelulozy. O skali przemysłowej zaczniemy mówić, gdy będą powstawały setki metrów kwadratowych kompozytu – wskazuje prof. Olejnik.
Badania pokazały, że bakterie, zużywając węgiel zawarty w oponach, potrafią doprowadzić do redukcji masy gumowej o 30 proc., a pozostałość może być wykorzystana jako wkład do asfaltu czy betonu. Do łódzkiego PSZOK-u w ubiegłym roku trafiło 56 ton zużytych opon. Redukcja ich masy o 1/3 oznaczałaby ponad 18 ton rocznie gumy mniej. W skali globalnej oznacza to zmniejszenie obciążenia dla środowiska o miliony ton.
