Berkeley Lab’deki araştırmacılar, geri dönüştürülebilir plastiklere biyolojik yenilenebilirlik getirmek için bakterileri kullandılar. Kredi: Jenny Nuss/Berkeley Lab
Bilim adamları, sonlu ve çevreyi kirleten petrokimyasalların çevre dostu bir ikamesi olan geri dönüştürülebilir plastikler için malzemeler üretmek üzere mikropları başarıyla tasarladılar.
Plastik atık, önemli bir plastiklerin çoğu geri dönüştürülemez olduğundan ve birçoğu sonlu, çevreye zarar veren petrokimyasallar kullanılarak üretildiğinden bu zorlukla karşı karşıya kalınmaktadır. Ancak bu durum değişmeye başlıyor. Araştırmacılar yakın zamanda, sonsuza kadar geri dönüştürülebilen poli(diketoenamin) veya PDK olarak bilinen bir plastik türündeki temel malzemeler için biyolojik alternatifler üretebilen mikroplar tasarlamayı başardılar.
Bu yenilikçi keşif kısa süre önce Nature Sustainability ve Enerji Bakanlığı’nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab) bünyesindeki üç tesisteki uzmanlar arasındaki işbirliğinin sonucudur: Moleküler Dökümhane, Ortak BiyoEnerji Enstitüsü (JBEI) ve Gelişmiş Işık Kaynağı.
{8 Molecular Foundry’de projeye liderlik eden kadrolu bilim adamı Brett Helms, “Bu, ağırlıklı olarak biyo-temelli bir PDK yapmak için biyo-ürünlerin entegre edildiği ilk seferdir” dedi. “Ve hem malzemenin özellikleri hem de onu uygun ölçekte üretmenin maliyeti açısından petrokimyasallara kıyasla biyo-avantajını ilk kez görüyorsunuz.”
Geleneksel plastiklerin aksine, PDK tekrar tekrar parçalara ayrılabilir. bozulmamış yapı taşları ve kalite kaybı olmadan yeni ürünlere dönüştürüldü. PDK’ler başlangıçta petrokimyasallardan türetilen yapı taşlarını kullandılar, ancak bu bileşenler bunun yerine mikroplarla yeniden tasarlanıp üretilebilir. Şimdi, dört yıllık çabanın ardından, işbirlikçiler E. coli’yi bitkilerden alınan şekerleri bazı başlangıç malzemelerine (triasetik asit lakton veya bioTAL olarak bilinen bir molekül) dönüştürmek için manipüle ettiler ve kabaca %80 biyo içerikli bir PDK ürettiler.{ 4}
Ham bioTAL (solda) diğer kimyasallarla birleştirilebilir ve biyolojik olarak yenilenebilir, geri dönüştürülebilir bir PDK plastiği (sağda) olarak işlenebilir. Kredi: Jeremy Demarteau/Berkeley Lab
Biyopolimere katkıda bulunan ekipte proje bilimcisi olan Jeremy Demarteau, “Geri dönüştürülebilir plastiklerde %100 biyo-içeriğe giden yolun mümkün olduğunu gösterdik” dedi. gelişim. “Bunu gelecekte bizden göreceksiniz.”
PDK’ler, yapıştırıcılar, bilgisayar kabloları veya saat kayışları gibi esnek öğeler, inşaat malzemeleri ve “sert termosetler” dahil olmak üzere çeşitli ürünler için kullanılabilir. bir kürleme işlemi ile yapılan sert plastikler. Araştırmacılar, malzemeye bioTAL eklenmesinin petrokimya versiyonuna kıyasla çalışma sıcaklığı aralığını 60 santigrat dereceye kadar genişlettiğini görünce şaşırdılar. Bu, spor malzemeleri ve tamponlar veya ön paneller gibi otomotiv parçaları dahil olmak üzere belirli çalışma sıcaklıklarına ihtiyaç duyan öğelerde PDK kullanımına kapı açar.
Plastik atık sorununu çözme
Birleşmiş Milletler Çevre Programı tahminlerine göre her yıl küresel olarak yaklaşık 400 milyon ton plastik atık ürettiğimizi ve bu sayının 2050 yılına kadar 1 milyar tonun üzerine çıkacağı tahmin ediliyor. çoğu çöplüklere atılır veya yakılır.
Fakültede kıdemli bir bilim insanı olan UC Berkeley’de profesör olan Jay Keasling, “Plastiklere yönelik bu doymak bilmez arzuyu beslemek için azalan fosil yakıt kaynağımızı kullanmaya devam edemeyiz,” dedi. Berkeley Lab’s Biosciences Area’da ve JBEI’nin CEO’su. “Hem biyolojik olarak yenilenebilir hem de döngüsel malzemeler yaratarak ve şirketleri bunları kullanmaya teşvik ederek plastik atık sorununun çözülmesine yardımcı olmak istiyoruz. Böylece insanlar, ihtiyaç duydukları ürünlere ihtiyaç duydukları süre boyunca sahip olabilir, bu ürünler yeni bir şeye dönüştürülmeden önce.”
Bugün yayınlanan çalışma ayrıca, 2021 yılına ait çevresel ve teknolojik bir analize dayanmaktadır. Bu analiz, PDK plastiğin büyük ölçekte üretilirse geleneksel plastiklerle ticari olarak rekabet edebilir.
Berkeley Lab’in Enerji Teknolojileri Bölgesi’nde kadrolu bilim adamı ve JBEI’de başkan yardımcısı olan Corinne Scown, “Yeni sonuçlarımız son derece cesaret verici,” dedi. “Üretim sürecindeki mütevazı iyileştirmelerle bile, kısa sürede hem daha ucuz olan hem de fosil yakıtlarla yapılanlardan daha az CO2 yayan biyo-bazlı PDK plastikleri yapabileceğimizi gördük.”
Bu iyileştirmeler arasında hızlanma da yer alır. çok çeşitli bitki türevli şekerleri ve diğer bileşikleri dönüştürebilen bakterileri kullanarak ve tesisi yenilenebilir enerji ile güçlendirerek mikropların şekerleri bioTAL’e dönüştürme hızını artırın.
Referans: “Bioyenilenebilir ve dairesel polidiketoenamin plastikler ” Jeremy Demarteau, Benjamin Cousineau, Zilong Wang, Baishakhi Bose, Seokjung Cheong, Guangxu Lan, Nawa R. Baral, Simon J. Teat, Corinne D. Scown, Jay D. Keasling ve Brett A. Helms, 27 Temmuz 2023, Doğa Sürdürülebilirlik.
DOI: 10.1038/s41893-023-01160-2
Bu çalışma, Enerji Bakanlığı Biyoenerji Teknolojileri Ofisi tarafından desteklenmiştir. Molecular Foundry, nano ölçekli bilimde uzmanlaşmış bir DOE Office of Science, Office of Basic Energy Sciences kullanıcı tesisidir. JBEI, DOE’nin Bilim Ofisi tarafından finanse edilen bir Biyoenerji Araştırma Merkezidir. Gelişmiş Işık Kaynağı, bir DOE Office of Science kullanıcı tesisidir.