Zespół naukowców z Texas A&M AgriLife Research opracował system wykorzystujący dwutlenek węgla (CO2) do produkcji biodegradowalnych tworzyw sztucznych lub bioplastików, który mógłby zastąpić stosowane obecnie niedegradowalne tworzywa sztuczne. Badania dotyczą dwóch wyzwań: akumulacji niedegradowalnych tworzyw sztucznych i remediacji emisji gazów cieplarnianych.
Opublikowane 28 września w Chem, badania były wynikiem współpracy dr Susie Dai, profesora nadzwyczajnego w Departamencie Patologii i Mikrobiologii Roślin A&M w Teksasie oraz dr Joshua Yuan, wcześniej z Wydziałem A&M w Teksasie. Plant Pathology and Microbiology jako katedra biologii syntetycznej i produktów odnawialnych, a obecnie profesor Lopata i katedra na Washington University w St. Louis Department of Energy, Environmental and Chemical Engineering.
Badania były możliwe dzięki funduszom John ’90 i Sally ’92 Hood Fund for Sustainability and Renewable Products, Texas A&M AgriLife i Texas A&M University.
Tworzenie biotworzyw
Dai powiedział, że dzisiejsze tworzywa sztuczne na bazie ropy naftowej nie ulegają łatwo degradacji i powodują ogromny problem w ekosystemach, a ostatecznie w oceanach.
Aby rozwiązać te problemy, naukowcy z Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences wraz ze swoimi zespołami pracowali przez prawie dwa lata nad opracowaniem zintegrowanego systemu, który wykorzystuje CO2 jako surowiec do wzrostu bakterii w roztworze odżywczym i produkcji biotworzyw. Wkład w prace wnieśli dr Peng Zhang, adiunkt podoktorski oraz doktorant Kainan Chen, obaj w Departamencie Patologii Roślin i Mikrobiologii w Teksasie A&M. Texas A&M University System złożył wniosek patentowy na zintegrowany system.
„Dwutlenek węgla był używany wspólnie z bakteriami do produkcji wielu chemikaliów, w tym bioplastików, ale ten projekt zapewnia wysoce wydajny, płynny przepływ przez nasz rurociąg od dwutlenku węgla do bioplastiku” – powiedział Dai.
„Teoretycznie jest to trochę jak pociąg z połączonymi ze sobą jednostkami” – powiedział Dai. „Pierwsza jednostka wykorzystuje energię elektryczną do przekształcania dwutlenku węgla w etanol i inne cząsteczki dwuwęglowe – w procesie zwanym elektrokatalizą. W drugiej jednostce bakterie zużywają cząsteczki etanolu i węgla, aby stać się maszyną do produkcji bioplastików, które są różne z polimerów na bazie ropy naftowej, które są trudniejsze do degradacji.”
Wychwytywanie i ponowne wykorzystywanie odpadów CO2
Wykorzystanie CO2 w tym procesie może również pomóc w zmniejszeniu emisji gazów cieplarnianych. Wiele procesów produkcyjnych emituje CO2 jako produkt odpadowy.
„Jeśli uda nam się wychwycić odpadowy dwutlenek węgla, zmniejszymy emisję gazów cieplarnianych i będziemy mogli wykorzystać go jako surowiec do produkcji” – powiedział Dai. „Ta nowa platforma ma ogromny potencjał, aby sprostać wyzwaniom związanym ze zrównoważonym rozwojem i zmienić przyszły projekt redukcji dwutlenku węgla”.
Główną zaletą nowej platformy jest znacznie szybsze tempo reakcji niż fotosynteza i wyższa wydajność energetyczna.
„Rozszerzamy możliwości tej platformy o szeroki zakres produktów, takich jak paliwa, chemikalia i różnorodne materiały” – powiedział Dai. „Badanie pokazało plan „dekarbonizowanej bioprodukcji”, który może przekształcić nasz sektor produkcyjny”.
Rozszerzanie przyszłych skutków
Dai powiedział, że obecnie biotworzywa są droższe niż tworzywa na bazie ropy naftowej. Ale jeśli technologia odniesie wystarczający sukces, aby produkować biotworzywa na skalę ekonomiczną, branże mogłyby zastąpić tradycyjne produkty z tworzyw sztucznych tymi, które mają mniejszy negatywny wpływ na środowisko. Ponadto korzystne byłoby również ograniczenie emisji CO2 z sektorów energetycznych, takich jak instalacje gazowe i elektryczne.
„Ta innowacja otwiera drzwi dla nowych produktów, jeśli bakteria zostanie zaprojektowana tak, aby zużywać cząsteczki pochodzące z dwutlenku węgla i wytwarzać docelowe produkty” – powiedział Dai. „Jedną z zalet tego projektu jest stan, w którym bakterie rosną, są łagodne i można je dostosować do warunków na skalę przemysłową”.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Texas A&M AgriLife Communications. Oryginał napisany przez Helen White. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.