Вчені використовують бактерії для виробництва відновлюваного пластику

Вчені успішно створили мікроби для виробництва інгредієнтів для переробленого пластику, пропонуючи екологічно чисту заміну кінцевим і забруднюючим нафтохімічним продуктам.

Пластикові відходи становлять значну проблему, оскільки більшість пластиків не підлягають повторній переробці, і багато з них виготовляються з використанням кінцевих, шкідливих для навколишнього середовища продуктів нафтохімії. Однак ця ситуація починає змінюватися. Нещодавно дослідникам вдалося розробити мікроби, які можуть виробляти біологічні альтернативи основним матеріалам у типі пластику, відомому як полі (дикетоенамін), або PDK, який можна нескінченно переробляти.

Це інноваційне відкриття нещодавно було опубліковано в Nature Sustainability і є результатом співпраці між фахівцями трьох установ Національної лабораторії Лоуренса Берклі (Berkeley Lab) Департаменту енергетики : Molecular Foundry, Joint BioEnergy Institute (JBEI) і Advanced Light. Джерело.

«Це перший випадок, коли біопродукти були інтегровані для створення PDK, який переважно виготовлений на біологічній основі», — сказав Бретт Хелмс, науковий співробітник Molecular Foundry, який керував проектом. «І це перший випадок, коли ви бачите біологічну перевагу над використанням нафтохімікатів як щодо властивостей матеріалу, так і щодо вартості його виробництва в масштабах».

На відміну від традиційного пластику, PDK можна неодноразово деконструювати на первинні будівельні блоки та формувати в нові продукти без втрати якості. Спочатку PDK використовували будівельні блоки, отримані з нафтохімікатів, але ці інгредієнти можна переробити та замість них виробляти за допомогою мікробів. Тепер, після чотирьох років зусиль, співробітники маніпулювали кишковою паличкою, щоб перетворити цукор із рослин на деякі вихідні матеріали – молекулу, відому як лактон триоцтової кислоти, або bioTAL – і виготовили PDK із приблизно 80% біовмістом.

Необроблений bioTAL (ліворуч) можна комбінувати з іншими хімічними речовинами та переробляти в біовідновлюваний пластик PDK, який можна переробляти (праворуч). Авторство: Джеремі Демарто/Лабораторія Берклі

«Ми продемонстрували, що шлях до 100% біовмісту пластику, який можна переробити, є здійсненним», — сказав Джеремі Демарто, науковий співробітник проекту в групі, яка бере участь у розробці біополімерів. «Ви побачите це від нас у майбутньому».

PDK можна використовувати для різноманітних продуктів, зокрема клеїв, гнучких предметів, таких як комп’ютерні кабелі чи ремінці для годинників, будівельних матеріалів і «міцних реактопластів», твердих пластмас, виготовлених за допомогою процесу затвердіння. Дослідники були здивовані, виявивши, що введення bioTAL в матеріал розширило його робочий діапазон температур до 60 градусів Цельсія порівняно з нафтохімічною версією. Це відкриває двері для використання PDK в предметах, які потребують певних робочих температур, включаючи спортивне спорядження та автомобільні деталі, такі як бампери чи панелі приладів.

Вирішення проблеми пластикового сміття

За оцінками Програми ООН з навколишнього середовища, ми у всьому світі виробляємо близько 400 мільйонів тонн пластикових відходів щороку, і, за прогнозами, ця цифра зросте до понад 1 мільярда тонн до 2050 року. З 7 мільярдів тонн пластикових відходів, які вже створені, лише близько 10 відсоток було перероблено, тоді як більшість викидається на звалища або спалюється.

«Ми не можемо продовжувати використовувати наші запаси викопного палива, які скорочуються, щоб живити це ненаситне бажання мати пластик», — сказав Джей Кізлінг, професор Каліфорнійського університету в Берклі, старший науковий співробітник відділу біологічних наук Берклі Лабораторії та генеральний директор JBEI. «Ми хочемо допомогти розв’язувати проблему пластикових відходів, створюючи матеріали, які є водночас біовідновлюваними та циклічними, і надаючи стимул для компаній використовувати їх. Тоді люди зможуть мати продукти, які їм потрібні, до того, як вони будуть перетворені на щось нове».

Опубліковане сьогодні дослідження також базується на екологічному та технологічному аналізі 2021 року, який показав, що пластик PDK може бути комерційно конкурентоспроможним зі звичайним пластиком, якщо його виробляти у великих масштабах.

«Наші нові результати є надзвичайно обнадійливими», — сказала Корінн Скаун, науковий співробітник відділу енергетичних технологій лабораторії Берклі та віце-президент JBEI. «Ми виявили, що за умови навіть незначних удосконалень у виробничому процесі ми незабаром зможемо виробляти біопластики PDK, які є дешевшими та викидають менше CO2, ніж ті, що виготовляються з використанням викопного палива».

Ці вдосконалення включатимуть прискорення швидкості, з якою мікроби перетворюють цукор на bioTAL, використовуючи бактерії, які можуть перетворювати більш широкий спектр цукрів рослинного походження та інших сполук, і живлення об’єкта відновлюваною енергією. Джерело