Геометрия на коприната (Синята икономика)

Това е третата подглава от главата „Да изпредеш копринена приказка“ от Синята икономика.

Да признаеш съществуването на проблема е част от решението му. Съществуват стотици видове, които произвеждат коприна. Мравки, оси, пчели, миди и паяци са само част от тях. Но само един от тези видове – копринената буба, е бил опитомен. Сложна апаратура прави възможен анализа на нано-ниво на различните видове коприна. Учените започват да разбират защо тези естествени полимери имат по-добри характеристики от някои от синтетичните им заместители и дори от някои метали като титана, който има най-добър показател здравина-тежест от всички метали. Ако можем да се научим как да произвеждаме биосъвместими полимери, както правят тези видове, при условия, близки до тези на околната среда и с наличните ресурси, това ще разкрие пред нас един нов свят на възможности, възстановяване на почвите и стабилизиране на климата.

По време на мисия на Смитсониън в Централна Америка, проф. Ф. Волрат среща паяк от вида златист тъкач (паяк-скитник), който изплита мрежа с диаметър един метър в красив златист цвят. Цветът има двойна роля, като едновременно привлича плячка и осигурява маскировка. След десетилетия на проучвания Волрат започва да разбира коприната и забележителните й качества за устойчивост, сила и гъвкавост. Осъзнава, че изключителните показатели на паяжината се дължат на нейната нано-геометрия. Волрат определя как кристалната и некристална структура на коприната създават вариации в здравината, която често превъзхожда металите и изкуствените пластмаси. Само чрез контрол на налягането и влажността в задната част на стомаха си по време на изплитането на нишката, паякът е способен да създаде седем различни вида коприна.

Паяжината на златистия тъкач превъзхожда много други по отношение на издържливост на разтягане и гъвкавост при променливи условия. Изключителната здравина на нишката се дължи на контролираното прегъване на всички протеини, съставящи коприната, по време на изпридането. То зависи в голяма степен от прецизното извличане на водата, което се постига единствено чрез промяна на налягането в стомаха на паяка. Сравненията между нишките, изтъкани от паяци и други насекоми, дават допълнителна информация за процеса.

Паяците имат забележителната способност да рециклират паяжината си, преправяйки я така, че да отговаря на новите изисквания. Те поглъщат части от паяжината, които искат да обновят, превръщайки полимерите в първоначалните аминокиселини. Как може да не бъдем впечатлени от подобно изпълнение? То олицетворява една от най-добрите програми за рециклиране на полимери, създавани някога! Как можем изобщо да я сравняваме с пластмасите, които продължаваме да изхвърляме и които се натрупват в огромен пластмасов континент, плуващ в Тихия океан и замърсяващ го с токсини?

Обаче е доста трудно да опитомим паяците. Тези видове са агресивни. Дори и поведението им да се промени, производителността им е много ниска. Те просто рециклират твърде много, превръщайки паяжината си в нов вид коприна, подходящ за променените обстоятелства, без да се нуждаят от допълнително производство. Тези ограничения карат Волрат да сравни структурата на коприната, изпредена от копринената буба, с тази на златистия тъкач. Използвайки основни аминокиселини, като „строителни блокове” той и екипът му възпроизвеждат процеса на изпридане на паяжината, за да създадат коприна от копринена буба със същата стуктура, като тази на златистия тъкач. Обработените полимери, които създават представляват коприна с качества, идентични на тези, които правят паяжината на златистия тъкач уникална.

Волрат участва в създаването на систематичен подход за производство на биосъвместими полимери от възобновими ресурси, подобно на стратегията на китайците за възстановяване на почвата. Надграждайки революционните си открития, Волрат основава бизнес предприятия, които произвеждат тези полимери и намират пазари, където биосъвместимите продукти могат да се справят по-добре от извлечените от петрола полимери и металните сплави, при това на по-ниска цена. Този нов вид полимери може да ни помогне да свържем икономиката си с изначалната цел на производство на коприна – възстановяване, обновяване и плодородие на почвата, богатство на реколтата и улавяне на въглерода.

Преди сто години годишното количество произведена коприна достига един милион тона. Днес нивото варира около 100 000 тона на година. С изключение на луксозни тъкани, бъдещият пазар на коприната няма да бъде текстилната и шивашката промишленост. Тя не може да се сравнява по цена с марковите нефтохимични синтетични полимери, които имат огромен пазарен дял. Но тя превъзхожда многократно (шест пъти по отношение на цена и показатели за качеството) скъпи метали като неръждаемата стомана и титана. Титанът е строителен материал за реактивни двигатели, космически кораби, инсталации за обезсоляване на морска вода, имплантанти, спортни стоки и мобилни телефони. Потребителските стоки включват все повече от него в производството на неръждаема стомана, както и на много други продукти, вариращи от рамки на колела и бижута до имплантанти и протези.

Тук можем да забележим възможна промяна в бизнес концпецията, която да доведе до създаването на нов модел за развитие на икономиката. Производството на титан от метална руда включва огромни количества магнезий, хлор и газ аргон. Титанът трябва да се заварява в инертна атмосфера с нереактивни газове като азот и хелий, за да се предпази от замърсяване с кислород или водород. Вложената електроенергия и използваните редки, добивани от земните недра, материали, са значителни, а крайните продукти – скъпи. Обработеният титан има високо съотношение якост-плътност и висока корозионна устойчивост към кислород и морска вода. Заради тези ценни качества клиентите плащат повече и пренебрегват съпътстващите щети върху околната среда. Когато сравним производството на титан с простотата на превръщане на листата на черницата в коприна при температура, налягане и влажност, близки до тези на околната среда, коприната очевидно има много по-висока устойчивост.

Подобни творби


This entry was posted in За Природата and tagged , , , , , . Bookmark the permalink.

Comments are closed.