Учёные из Дании совместили решение двух актуальных проблем нашей цивилизации в одном исследовании, предложив снизить углеродный след за счёт использования перерабатываемого пластика, например одноразовых стаканчиков для напитков и другого мусора. Пластик оказался перспективной основой для сорбентов, предназначенных для захвата углекислого газа из атмосферы и промышленных выбросов, что позволяет утилизировать его с пользой для климата.

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews

Сегодня в промышленных установках для улавливания углекислого газа в процессе производства используются материалы ископаемого происхождения, к которым добавляют необходимые для реакции с CO₂ вещества. Поскольку полистирол имеет схожую молекулярную структуру, он теоретически может заменить природные материалы. Этим вопросом занялись исследователи из Орхусского университета (Aarhus University) в Дании, которые достигли в этом заметного прогресса.

Раз уж полистирол приходится утилизировать (в США перерабатывают примерно 1 % от общего объёма производства этого типа пластмасс, а в Европе — 10 %), то почему бы не использовать его для связывания углекислого газа? Это становится возможным, если в полистирол добавить аминные группы — азотсодержащие химические фрагменты, способные взаимодействовать с молекулами углекислого газа.

Полистирол с аминными включениями оказался способен захватывать CO₂ даже из атмосферного воздуха, не говоря уже об абсорбции газа из промышленных выбросов, где его концентрация особенно высока. Материал вновь высвобождал CO2 при нагреве и снижении его концентрации, позволяя эффективно улавливать этот парниковый газ для дальнейшего использования или захоронения.

Таким образом, если часть сорбентов удастся производить из массовых пластиковых отходов, это одновременно решит две задачи: уменьшит объём трудно перерабатываемого полистирола и обеспечит дешёвую основу для климатических технологий. Пока речь идёт о лабораторных исследованиях. До конца не ясны стоимость такого решения, эффективность полистирольной основы сорбентов в различных условиях эксплуатации и многие другие факторы, которые будут определять целесообразность подобного подхода. Но сама возможность одним выстрелом убить двух зайцев — избавиться от пластикового мусора и улавливать углекислый газ — не может не вдохновлять.

Загрязнение окружающей среды пластиком представляет собой комплексную проблему, поскольку разные полимеры, такие как полиэфиры, ПЭТ и полиуретан, обладают уникальными химическими связями, требующими специфических методов разрушения. Хотя ферменты для расщепления некоторых пластиков уже разработаны, они решают лишь часть задачи. И если для ПЭТ и ряда других пластиков метод утилизации найден, то полиуретан был не по зубам учёным.

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4/3DNews

Полиуретан используется в упаковке, как элемент одежды и обуви и во многих других сферах. В 2024 году, к примеру, во всём мире было выпущено 22 млн т этого полимера, разложить который на составляющие химические вещества никак не удавалось. Отчасти полиуретан разлагается при нагреве в присутствии диэтиленгликоля, но базовых компонентов для повторного использования из получившейся смеси всё равно выделить было нельзя. Поэтому полиуретан банально сжигают, приравнивая его к токсичным отходам.

Международная группа учёных решила привлечь для поиска лучшего фермента для разложения полиуретана современные ИИ-инструменты для анализа белков (ферментов). Для начала они изучили работы коллег и отобрали 15 наиболее перспективных кандидатов. Важным условием было обеспечить работу фермента в присутствии диэтиленгликоля при нагреве. В таких обстоятельствах к стабильности белка предъявлялись особые требования. После проверки были оставлены 3 наиболее перспективных фермента, и уже по форме их белков был проведён поиск по реальным базам белковых структур и по базе предсказаний белков AlphaFold компании Google.

Эффективность поиска оказалась невысокой, после чего учёные адаптировали для своих целей нейронные сети Pythia-Pocket и Pythia. В задачи ИИ входил анализ аминокислот в составе перспективных ферментов — насколько сильно они могут вступать в реакцию с другими химическими веществами, а также определение стабильности ферментов в рабочих условиях. Доводка ИИ-инструментов привела к созданию ещё одного — платформы GRAS, которая справлялась с поставленными задачами лучше всего.

Алгоритм GRAS представил 24 кандидата в ферменты для разложения полиуретана, 21 из которых подтвердили свою активность в экспериментах, а 8 из них оказались в 30 раз лучше природных белков. В присутствии диэтиленгликоля и при нагреве до 50 °C один из ферментов превзошёл природный в 450 раз, на 98 % разложив полиуретан до базовых химических элементов за 12 часов. Масштабирование работ показало, что эффективность фермента снижается незначительно: при переработке килограмма полиуретана было переработано 95 % пластика. Устойчивость фермента также была выше всяких похвал — он допустил троекратное использование без разрушения.

Алгоритм GRAS способен предсказать белки для разложения других видов пластика. ИИ доказал, что он не нахлебник, потребляющий невообразимое количество энергии, а партнёр и помощник, открывающий путь к полной утилизации пластика и повторному использованию составляющих его химических веществ.

Последние работы учёных указывают на то, что засорение пластиком происходит повсеместно. Микропластик обнаружили в мозге и других органах человека. Несметное количество выброшенных пластиковых изделий, включая огромный остров из пластика в Тихом океане, заставляет учёных искать этому материалу быстроразлагаемую альтернативу. Похоже, японские учёные ближе всех подошли к знаковому рубежу.

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Источник изображения: University of Tokyo

Исследователи из Центра изучения новых материалов RIKEN и Токийского университета разработали новый пластиковый материал. Он не уступает по прочности традиционным пластмассам на нефтяной основе, но распадается на исходные компоненты при воздействии соли. Встречающиеся в природе бактерии затем перерабатывают эти компоненты, не оставляя после себя микропластиковых или нанопластиковых загрязнений.

Современный биоразлагаемый пластик до конца не перерабатывается в природе. По крайней мере, за достаточно короткое время. Представленный японскими учёными материал без остатка растворяется в солёной воде всего за час, а в земле, где также есть соли, — примерно за 200 часов в зависимости от размера образца.

Отмечается, что материал не токсичен для человека, огнеупорен и не выделяет углекислый газ. После нанесения покрытия он функционирует как любое обычное пластиковое изделие. В настоящее время команда сосредоточена на разработке оптимального метода нанесения покрытия, что указывает на то, что материал еще не готов к коммерциализации.

Пластиковые отходы являются основной причиной растущих экологических проблем в мире, с которыми сталкивается наша планета. Организация Объединенных Наций прогнозирует, что в течение следующих 15 лет уровень загрязнения пластиком утроится, а ежегодно в мировой океан будет попадать от 23 до 37 млн тонн отходов. Полностью разлагаемый пластик хотя бы перестанет усугублять проблему.

Появление роботизированных систем по сортировке отходов стало благом для сферы утилизации, но одновременно с этим вычеркнуло из списка перерабатываемых вещей пластик чёрного цвета. Оптические системы банально не способны распознавать его на конвейере. Но даже если бы они смогли с этим справиться, остаётся вопрос непосредственно переработки, чему мешает особый химический состав чёрного пластика. Обойти проблему смогли учёные из США.

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Измельчённый чёрный полистирол в пробирке под сфокусированными лучами солнца. Источник изображения: Hanning Jiang

Пластик чёрного цвета, например, в виде крышечек на одноразовых стаканчиках для кофе или пищевых контейнеров должен быть одновременно прочным при непосредственном использовании и подлежащим последующей переработке. Его разложение, как правило, происходит в бескислородной камере при нагреве до 300 °C, что не может считаться энергоэффективным в большом масштабе. Использование же иных красителей или присадок, которые помогли бы чёрному пластику распадаться при более мягких условиях, не подходит для изготовления упаковки длительного хранения.

Исследователи из США предложили окрашивать полистирол добавками из технического углерода. В некотором приближении — это сажа, но получаемая в пределах строгих технических условий. При освещении ярким солнечным и даже под искусственным светом технический углерод в составе полистирола начинает участвовать в реакции фототермической конверсии. Он поглощает фотоны и преобразует их в тепло, помогая пластику распадаться — переводя связанные с ним молекулы полистирола в жидкие стиролы. Жидкие растворы можно использовать повторно для изготовления пластиковых изделий.

В серии опытов учёные показали, что добавки из технического углерода помогают превратить под ярким освещением в стиролы до 53 % чёрного полистирола. В случае сфокусированного солнечного света степень разложения достигает 80 %. Если чёрный полистирол на основе технического углерода смешать с отходами полистирола других цветов, то в совокупности в стиролы превращается до 67 % утилизируемого сырья.