Mezikontinentální spolupráce na řešení problému s plasty

Více než 60 000 tun plastů se každoročně dostane z Amazonky do Atlantského oceánu. A to nezahrnuje plasty, které skončí na březích řeky, nebo mikroplasty pohlcované bohatou a rozmanitou divokou zvěří v této oblasti.

Je snadné demonizovat plasty, ale byly klíčové pro rozvoj společnosti, ve které dnes žijeme. Vytváření materiálů, které mají výhody plastů, ale snižují nebezpečí tradičních výrobních metod, je cílem chemicko-inženýrských a materiálově-vědeckých laboratoří po celém světě, včetně laboratoře Bradleyho Olsena, profesora chemického inženýrství na MIT.

Olsen, Fulbrightuv Amazonia stipendista a vedoucí fakulty programu MIT-Brazílie, spolupracuje s komunitami na vývoji alternativních řešení v oblasti plastů, které mohou být odvozeny ze zdrojů v jejich vlastním prostředí.

„Slovo, které pro to používáme, je spoluvytváření,“ říká Olsen. „Myšlenka je, že místo aby inženýři něco navrhovali nezávisle, zapojují se a společně s zainteresovanými stranami navrhují řešení.“

V tomto případě se jednalo o malé podniky kolem Manausu v brazilském státě Amazonas, které se zajímaly o proveditelnost bioplastů a dalších alternativních obalů.

„Plasty jsou nedílnou součástí moderního života a ve skutečnosti plní klíčové funkce a mají opravdu krásnou chemii, kterou chceme i nadále využívat, ale chceme to dělat způsobem, který je šetrnější k Zemi,“ říká Desirée Plata, docentka stavebního a environmentálního inženýrství na MIT.

Proto se Plata v roce 2021 připojila k Olsenovi při vytváření kurzu 1.096/10.496 (Design udržitelných polymerních systémů). Nyní, jako nabídka Globální učebny pod záštitou MISTI od roku 2023, kurz přivádí studenty MIT do Manausu během tří týdnů nezávislých aktivit (IAP).

„V mé práci, kde od roku 2016 řídím Globální učebny v Brazílii, studenti MIT úzce spolupracují s brazilskými vysokoškoláky,“ říká Rosabelli Coelho-Keyssar, výkonná ředitelka MIT-Brazílie a MIT-Amazonia, která také řídí program Globálních učeben MIT v Brazílii. „Tento model vrstevnického učení byl začleněn do Globální učebny v Manausu, čímž se zajistilo, že studenti MIT a brazilských univerzit pracovali během celého kurzu společně.“

Vedení kurzu spolupracovalo s klimatologem a absolventem MIT Carlosem Nobrem PhD '83, který zprostředkoval kontakty s fakultou na Universidade Estadual de Amazonas (UEA), státní univerzitě v Amazonase. Skupina poté hledala podniky v regionu Amazonie, které by měly zájem o spolupráci se studenty.

„V prvním roce to byla Comunidade Julião, komunita lidí žijících na okraji řeky Tarumã Mirim západně od Manausu,“ říká Olsen. „Letos jsme pracovali s Comunidade Para Maravilha, komunitou žijící ve suchém lesním porostu východně od Manausu.“

Šité na míru

Plasty jsou definovány jako mnoho malých uhlíkových molekul, tzv. monomerů, spojených silnými vazbami do větších molekul zvaných polymery. Spojováním různých monomerů a polymerů různými způsoby vznikají různé plasty – od odpadkových pytlů přes plovací plováky až po palubní desku automobilu. Plasty se tradičně vyrábějí z ropných produktů, které se snadno spojují, jsou stabilní a hojné.

Existují však způsoby, jak snížit používání plastů na bázi ropy. Objemy mohou být vyrobeny z materiálů nalezených v místním ekosystému, jak se zaměřil kurz z roku 2024. Nebo mohou být uhlíkové monomery extrahovány z rostlinné hmoty s vysokým obsahem škrobu pomocí řady technik, což je cílem kohorty z roku 2025. Rostliny, které dobře rostou na jednom místě, nemusí růst na jiném. A zařízení na výrobu bioplastů mohou být obtížně instalovatelná, pokud nejsou potřebné zdroje okamžitě k dispozici.

„Můžeme navrhnout celou řadu nových udržitelných chemických procesů, použít zcela nové špičkové katalyzátory, ale pokud je ve skutečnosti nelze udržitelně implementovat do prostředí, nedosahuje se mnoha celkových cílů,“ říká Brian Carrick, doktorand v Olsenovi laboratoři a asistent pedagoga kurzu z roku 2025.

Identifikace místních kandidátů a přizpůsobení procesu je tedy klíčové. Kohorta MIT z roku 2025 spolupracovala se studenty z celého státu Amazonas na prozkoumání místní flóry, studiu jejího obsahu škrobu v laboratoři a vývoji nového procesu výroby plastů – to vše během tří týdnů IAP.

„Je snadné, když máte takové projekty, opravdu se zaměřit na vakuum MIT a dělat jen to, co zní opravdu skvěle, což není vždy efektivní nebo konstruktivní pro lidi, kteří skutečně žijí v tomto prostředí,“ říká Claire Underwood, studentka chemicko-biologického inženýrství, která si kurz vybrala. „To mě skutečně přitáhlo k projektu, možnost pracovat s lidmi v Brazílii.“

31 studentů navštívilo první den chráněnou oblast amazonského deštného pralesa. Během IAP měli také příležitost navštívit řeku Amazonku, kde se potenciální dopad jejich práce stal jasným, když viděli plastový odpad se shromažďující na jejích březích.

„To byl jistě skvělý aspekt kurzu, skutečně si uvědomit, co se snažíme chránit a jaký je cíl,“ říká Underwood.

Pohovořili si se zainteresovanými stranami, jako jsou zemědělci, kteří by mohli poskytnout suroviny, a výrobci plastů, kteří by mohli začlenit nové techniky. Pak se dostali do učebny, kde se za krátkou dobu probrali rozsáhlé množství informací o procesu udržitelného designu, podrobnostech výroby plastů a brazilském kulturním kontextu, jak by vybudování takového průmyslu ovlivnilo komunitu. Pro závěrečný projekt se rozdělili do týmů, aby vytvořili předběžné návrhy procesu a závodu pomocí zjednodušeného modelu těchto systémů.

Propojení napříč hranicemi

Práce v jiné zemi poukázala na to, jak jsou propojeny politika, kultura a technická řešení.

„O ekonomii nic nevím, a už vůbec ne o brazilské ekonomice a politice,“ říká Underwood. Ale jeden z brazilských studentů v její skupině studoval management a finance. „Velmi nám pomohl, když jsme se snažili shánět věci a zohledňovat inflaci a podobné věci – věděl, co je proveditelné, a nejen akademicky proveditelné.“

Než se na konci IAP rozešli, každý tým představil své návrhy panelu zástupců společností a brazilských absolventů MIT, kteří vybrali vítěze na prvním, druhém a třetím místě. I když je před pohodlnou implementací nápadů potřeba více výzkumu, zdá se, že zkušenost vyvolala legitimní zájem o vytvoření místního zařízení na výrobu bioplastů.

Pochopení konceptů udržitelného designu a jak dělat interdisciplinární práci je důležitá dovednost. I když tito studenti nakonec nebudou pracovat na bioplastech v srdci Amazonie, schopnost pracovat s lidmi s různými perspektivami – ať už z jiného oboru, nebo z jiné kultury – je cenná prakticky v každém oboru.

„Výměna znalostí mezi různými obory a kulturami je nezbytná pro rozvoj inovativních a udržitelných řešení globálních problémů, jako jsou změna klimatu, nakládání s odpady a vývoj ekologických materiálů,“ říká Taisa Sampaio, doktorandka materiálové chemie na UEA a spolulektorka kurzu. „Takové programy jsou rozhodující při přípravě odborníků, kteří jsou si více vědomi a lépe vybaveni k řešení budoucích výzev.“

V současné době se Olsen a Plata zaměřují na využití hluboké sítě kontaktů a zdrojů, které mají kolem Manausu, ale doufají, že tuto síť rozvinou i jinde, aby rozšířili toto zkoumání udržitelného designu do dalších regionů světa.

„Mnoho řešení v oblasti udržitelnosti je hyperlokálních,“ říká Plata. „Pochopení toho, že ne všechna místa jsou přesně stejná, je opravdu silné a důležité, když uvažujeme o výzvách udržitelnosti. A pravděpodobně v tom, kde jsme se mýlili s řešením typu „jedna velikost padne všem“ nebo „stříbrná kulka“ – s tím, co jsme dělali posledních mnoho desetiletí.“

Spolupráce na cestě v roce 2026 jsou stále ve vývoji, ale jak říká Olsen: „Doufáme, že tuto zkušenost budeme moci nabízet ještě dlouhé roky do budoucna, na základě toho, jak pozitivní byla pro naše studenty a naše brazilské partnery.“