Японци измислиха как да правят чиста пластмаса от мръсни бактерии
Целта е да може да се разгражда и да не е зависима от петрола
Японски учени от Университета в Кобе измислиха как да превърнат бактерия във високоефективна биоразградима пластмаса. Иновацията е описана подробно в научното издание Metabolic Engineering. Иновативната методология e не само чиста, но има и допълнителен потенциал - залага на една от най-често срещаните бактерии - Escherichia coli. Тайната се крие в биологичното създаване на ключова съставка, която според учените може да замени традиционната технология и да сложи край на зависимостта на пластмасата от петрола.
Повечето пластмасови опаковки сега са направени от PET полимер, който се състои от мономери - дълга верига повтарящи се молекулни единици. Един от ключовите мономери – терефталовата киселина, се получава от петрол. Тъкмо тази съставка прави пластмасата издръжлива, но за съжаление – и неразградима. Затова учените от години търсят заместител, който хем да е здрав, хем да може да се разгражда лесно и да не съсипва природата.
Мнозина стигат до идеята, че ако успеят да накарат микроби да произвеждат въпросния заместител, могат да решат проблема. Повечето опити обаче удрят на камък.
Японските иноватори от Университета в Кобе, ръководени от д-р Шухей Нода и биоинженера д-р Цутому Танака, намират различно решение - създават ензим от широкоразпространената бактерия E.Coli. За да докажат, че новата идея е по-добра от досегашните технологии, изследователите създават 2 щама - eдиния - по стария метод, а другия – по нов, който включва редактиране на гени. След като захранват всеки щам с изходен материал и измерват резултата, разбират, че
новият метод надеждно създава здрава биоразградима пластмаса
Експериментът не минава без предизвикателства. Един от използваните ензими произвежда силно реактивно съединение, с което атакува самия себе си и се деактивира. Иноваторите успяват да преодолеят този проблем с добавяне на допълнителна съставка.
Включването на нова съставка обаче автоматично повдига въпроса дали това няма да усложни и оскъпи евентуално мащабно производство. За да решат и това предизвикателство, учените предприемат контрол над Ph-то, температурата и кислорода, които участват в технологията. В течение на 144 часа E.coli нараства стабилно и произвежда целева молекула. Това е най-високата концентрация на съставката, нужна за производството на пластмаса, постигана някога чрез микробна ферментация, смятат учените.
Химическата иновация, описана в Metabolic Engineering, дава надежда, че сме една крачка по-близо до устойчиво масово производство на биопластмаси. Да се мащабира процесът и да се създаде фабрика за микробна пластмаса, обаче не е толкова лесно. Учените трябва
да измислят как могат да контролират жив организъм,
каквито са бактериите, и да го подчиняват на определени изисквания.
Това не е първият път, когато изследователи стигат до извода, че могат да принудят микроби да произвеждат пластмаса. Учени от китайския Университет за електронни науки и технологии и Института за авангардни технологии в Шънджън опитват друг подход, който описват в сп. Nature.
Като използват специално разработени микроби и чрез специално създадено трикомпонентно устройство, те успяват да извлекат въглеродния двуокис от океанска вода и да го трансформират в биоразградим прекурсор за пластмаса. За целта използват Vibrio natriegens - морска бактерия, известна с един от най-бързите темпове на растеж. Това я прави идеална съставка за екологична пластмаса. Учените редактират гените на бактерията така, че да може да консумира мравчената киселина от океана и да я превръща в янтарна киселина, която е една от ключовите съставки, използвани за производството на биоразградими пластмаси.
Описаната технология е удар 2 в 1 - хем премахва излишния въглероден двуокис от океана, хем го превръща в нещо полезно. Цикълът се затваря, защото океанът постоянно абсорбира нови количества въглероден двуокис.
Големият въпрос, който си поставили иноваторите, обаче е дали технологията може да се мащабира. За да отговорят на този въпрос, те приложили процесите в 5-литрови биореактори, а не в колби и със задоволство установили, че всеки компонент на системата демонстрира забележително умение да преодолее предишни технологични препятствия.
Едно от най-сериозните се оказва фактът, че морската вода съдържа не само въглерод, а много повече елементи - например калций и магнезий. Те се утаяват и образуват котлен камък, който запушва и поврежда електрохимичните системи за отстраняване на въглерод. Екипът успява да се справи с проблема, като използва мембрани и твърдо ядро, за да изолира проблемните йони и да позволи химичните процеси да се случват. Правят го чрез подкиселяване на морска вода, което принуждава разтворения въглерод да се превърне във въглероден двуокис, който след това може да бъде събран. Устройството работило за експеримента 536 часа непрекъснато, като обработило 177 литра морска вода от залива Шънджън, като извлякло 6,54 л въглероден двуокис. За радост на иноваторите, използвало само 3 квтч ток на килограм въглероден двуокис, което е забележителна ефективност и може да направи технологията икономически конкурентна.
Изчисленията показали, че
цената за директно улавяне на въглероден двуокис по този начин би била около 230 долара на тон
Това не е много по-скъпо от други технологии за улавяне на въглерод, които според проучване на изследователи от Станфорд е около 220 долара на тон, но в този случай има добавена полза от продукта.
Изглежда, въпросът сега е не дали, а кога ще се появят крайбрежни инсталации за рециклиране на морска вода и превръщането ѝ в разградима пластмаса.