În urmă cu mai bine de un deceniu, expertul în textile cu jet-lag Juan Hinestroza a aterizat în Xintang, China, și a făcut o plimbare lângă un pârâu mare. A observat că apa era de o culoare ciudată – albastru indigo, de la coloranți, pigmenți și finisaje extrem de toxice aruncate de la o fabrică de textile învecinată. „Fețele oamenilor păreau albastre. Casele erau albastre. Aerul era albastru. Plantele textile aruncă contaminanți în râuri – acolo unde oamenii înoată, unde oamenii își iau apa de băut și de gătit”, spune Hinestroza, profesorul Rebecca Q. Morgan ’60 de știință a fibrelor și design de îmbrăcăminte la Colegiul de Ecologie Umană, citat de NewsCornell.

O altă focalizare

„Atunci am știut că trebuie să schimb focalizarea cercetării mele”, spune el. „Ca inginer chimist și chimist textil, mi-am dat seama că aș putea ajuta la rezolvarea unora dintre aceste probleme complexe – ele nu dispar ca magic.”

Acum, Hinestroza și o echipă multidisciplinară de chimiști și ingineri Cornell au ajuns la o cutie de instrumente pentru chimie pentru a curăța un alt inamic formidabil al mediului: deșeurile textile din poliester.

Echipa a creat o modalitate de a descompune îmbrăcămintea veche din poliester și de a reutiliza o parte din compușii săi pentru a face țesături rezistente la foc, antibacteriene sau fără riduri – și pentru a opri proliferarea deșeurilor de îmbrăcăminte în gropile de gunoi.

Este o abordare circulară care este în conformitate cu Programul Națiunilor Unite pentru Mediu, care a început un efort la nivel mondial pentru a pune capăt consumului excesiv de îmbrăcăminte din lumea dezvoltată. Numărul de purtări de îmbrăcăminte a scăzut cu 36% în ultimele două decenii, potrivit programului.

În 2015, Agenția pentru Protecția Mediului din SUA a estimat că fiecare persoană din Statele Unite aruncă peste 70 de kilograme de textile anual. Ceea ce este mai rău, se spune în raport, mai mult de 85% din deșeurile textile se depun în gropile de gunoi.

„În cele din urmă, vom rămâne fără spațiu”, spune Hinestroza. „Vom rămâne fără țări în care ne putem trimite gunoiul textil. Consecințele sunt destul de triste, dar soluția este posibilă și este în noi înșine.”

Perturbarea afacerilor

Yelin Ko stă în fața zumzetului liniștit al unei hote de laborator din clădirea Ecologiei Umane și se confruntă cu trei agitatoare magnetice. Încărcă un degetar plin cu benzi colorate de țesături din poliester într-un balon mic cu fund rotund și apoi toarnă o soluție de hidroxid de sodiu pentru a acoperi materialul textil.

Cu agitare, puțină căldură aplicată, etanol și apă de răcire, acele bucăți minuscule de pânză de poliester – din polietilen tereftalat, genul de goop din care sunt făcute și sticlele de plastic cu sifon – vor deveni o supă de laborator.

Oamenii de știință pot apoi extrage monomerii țesăturii vechi din supă și îi pot folosi pentru a crea elemente de legătură care să fie asamblate în cadre metal-organice sau MOF.

Aceste structuri MOF pot fi folosite pentru a crea acoperiri pe îmbrăcăminte care protejează oamenii de germeni sau gaze nocive, pentru a proteja pompierii de foc sau alte utilizări încă neimaginate, spune Ko, doctorand în domeniul științei fibrelor și beneficiar al bursei Fulbright care lucrează în laboratorul lui Hinestroza.

„În loc să folosim solvenți toxici pentru a recupera monomerii pentru a lega MOF-urile, folosim etanol și apă ca solvenți – și recuperăm monomerii mult mai repede”, spune ea.

Etanol în loc de solvenți

Phill Milner, profesor asistent de chimie și biologie chimică la Colegiul de Arte și Științe, și Jin Suntivich, profesor asociat de știința materialelor și inginerie la Cornell Engineering, lucrează, de asemenea, cu Hinestroza pentru a dezvolta aceste noi tehnici de chimie.

Redus din fibră de poliester, o serie de cadre metal-organice este prezentată în laboratorul Hinestroza. Modificările minore ale structurii chimice pot genera o multitudine de culori.

„Cu sărurile metalice potrivite, cum ar fi unele săruri de cupru, putem lua chimic molecula organică din monomerii recuperați din aceste textile digerate”, a spus Milner.

În 30 de minute, poliesterul este depolimerizat – în siguranță și fără distrugerea mediului – la temperatura camerei.

„Chimia este guvernată de această idee de auto-asamblare, adică componentele înseși doresc să devină o structură ordonată”, spune Milner. Oamenii de știință adaugă săruri de cupru la un acid pentru a crea o soluție precursor, pe care apoi o aduc în supa de poliester depolimerizat. „Procesul natural continuă până când construiește o structură extinsă – MOF-urile – care este ceea ce iese din soluție.”

Echipa consideră că noile tehnici pot perturba procesele normale ale textilelor și îmbrăcămintei, despre care ei spun că sunt nesustenabile, spune Suntivich, un electrochimist și om de știință în materiale. „Reciclarea plasticului este, evident, o provocare, așa că o vom aborda în acest context. Văd MOF-urile doar ca pe o modalitate pentru mine de a permite reciclarea materialului.”

Cu toate acestea, profesorii știu că pentru a reuși, tehnica lor trebuie să fie adaptabilă la practicile existente din industrie, spune Hinestroza.

În mod ideal, echipa speră ca producătorii să folosească MOF c hemisterie în infrastructura existentă. „Încercarea de a încorpora echipamente noi în procese noi este întotdeauna dificilă”, spune el. „Puteți dezvolta o chimie unică, dar dacă aveți nevoie de echipamente noi pentru a procesa materialul, atunci va exista multă rezistență.”

Curățarea apei folosind textile

Textilele care încorporează aceste MOF pot, de asemenea, să curețe apele vopsite și poluate, spune Hinestroza.

Pentru ca acest lucru să se întâmple, el reunește noile tehnici de chimie și expertiza sa în filtrare și știința fibrelor.

În proiectele de cercetare anterioare, Hinestroza a creat materiale fibroase în mod natural pentru a capta sau descompune în mod selectiv contaminanții duri, cum ar fi coloranții din producția de textile, arsenul din fracking, mercurul și cianura din exploatarea cărbunelui și insecticidele și îngrășămintele din producția agricolă.

Sămânța acelor proiecte a fost plantată în timp ce Hinestroza călătorea în Columbia sa natală. El a observat că pungile mari pentru ambalarea boabelor de cafea erau făcute dintr-o fibră puternică numită fique.

Coji de măr și fibre textile

La microscop, fibra a scos la iveală cavități în care oxidul de mangan poate zăbovi. Când pânza fibroasă a fost plasată în apă poluată, oxidul de mangan a descompus 99% din colorantul indigo în câteva minute, făcând apa limpede.

Căutând un material local care să facă același lucru, Hinestroza s-a gândit să folosească fibre obținute din cojile de măr Cortland, cultivate la Cornell Orchards și tulpinile de struguri vândute la Ithaca Farmers Market. În urmă cu șase ani, el a arătat cum nanorodurile create folosind acele materiale naturale ar putea, de asemenea, să descompună toxinele în căile navigabile.

Hinestroza crede că același concept, dar folosirea textilelor MOF ar putea ajuta la stoparea unei anumite poluări generate de producția de textile și îmbrăcăminte.

„Pe lângă locurile din Asia, am văzut scenarii dantesce de poluare în locații precum Tirappur, India și multe alte locații din America Centrală”, spune Hinestroza.

„Am văzut culorile râurilor curgând violet, verde sau roz”, spune el. „Uneori există adevăr în umor, deoarece poți spune ce culori sunt la modă în New York sau Paris, uitându-te la râurile din unele dintre aceste orașe ale fabricilor de textile.”

Unele companii de modă pretind că sunt prietenoase cu mediul pe canalele lor de socializare, spune Hinestroza, dar realitatea este cu totul alta. „Instituțiile de învățământ – precum Cornell – sunt poziționate în mod unic pentru a oferi soluții bazate pe știință capabile să abordeze aceste probleme complexe.

„Trebuie să găsim în mod proactiv răspunsuri pentru această afacere, iar aceasta este o motivație cheie pentru munca noastră de cercetare”, spune Hinestroza. „Problema amenințătoare nu este doar deșeurile generate în viitoarea producție de textile și îmbrăcăminte, ci și deșeurile și poluarea care au fost deja generate, care nu vor dispărea brusc.”