En mikrobiel plastfabrik til grøn plast af høj kvalitet

Konstruerede bakterier kan producere en plastmodifikator, der gør plastik fra vedvarende kilder mere forarbejdeligt, mere brudbestandigt og meget biologisk nedbrydeligt selv i havvand. Kobe University-udviklingen giver en platform for industriel skala, tunbar produktion af et materiale, der rummer et stort potentiale for at gøre plastindustrien grøn.

Plast er et kendetegn for vores civilisation. Det er en familie af meget formbare (deraf navnet), alsidige og holdbare materialer, hvoraf de fleste også er persistente i naturen og derfor en betydelig kilde til forurening. Desuden produceres mange plastik af råolie, en ikke-fornybar ressource.

Ingeniører og forskere verden over søger efter alternativer, men der er ikke fundet nogen, der udviser de samme fordele som konventionel plast og samtidig undgår deres problemer. Et af de mest lovende alternativer er polymælkesyre, som kan fremstilles af planter, men den er skør og nedbrydes dårligt.

For at overvinde disse vanskeligheder besluttede bioingeniører fra Kobe University, der arbejder med Taguchi Seiichi, sammen med den bionedbrydelige polymerproduktionsvirksomhed Kaneka Corporation, at blande polymælkesyre med en anden bioplast, kaldet LAHB, som har en række ønskværdige egenskaber.

Mest af alt er det biologisk nedbrydeligt og blandes godt med polymælkesyre. Men for at producere LAHB var de nødt til at konstruere en bakteriestamme, der naturligt producerer en precursor, ved systematisk at manipulere organismens genom gennem tilføjelse af nye gener og sletning af forstyrrende gener.

I tidsskriftet ACS Sustainable Chemistry &Engineering , rapporterer forskerne nu, at de var i stand til at skabe en bakteriel plastikfabrik, der producerer kæder af LAHB i store mængder, kun ved at bruge glukose som råmateriale. Derudover viser de også, at de ved at modificere genomet kunne kontrollere længden af ​​LAHB-kæden og dermed egenskaberne af den resulterende plast. De var således i stand til at producere LAHB-kæder op til ti gange længere end med konventionelle metoder, som de kalder "ultra-high molecular weight LAHB."

Vigtigst af alt, ved at tilføje LAHB af denne hidtil usete længde til polymælkesyre, var forskerne i stand til at skabe et materiale, der udviser alle de egenskaber, de havde sigtet efter. Den resulterende meget gennemsigtige plastik er meget bedre formbar og mere stødbestandig end ren polymælkesyre og nedbrydes også biologisk i havvand inden for en uge.

Taguchi kommenterer denne præstation og siger:"Ved at blande polymælkesyre med LAHB kan de mange problemer med polymælkesyre overvindes med ét hug, og det således modificerede materiale forventes at blive en miljømæssigt bæredygtig bioplast, der opfylder de modstridende behov for fysisk robusthed og biologisk nedbrydelighed."

Forskerne drømmer dog større. Den bakteriestamme, de brugte i dette arbejde, kan i princippet bruge CO₂ som råvare. Det skulle således være muligt at syntetisere nyttig plast direkte fra drivhusgassen.

Taguchi forklarer:"Gennem synergien mellem flere projekter sigter vi mod at realisere en biofremstillingsteknologi, der effektivt forbinder mikrobiel produktion og materialeudvikling."

Flere oplysninger: Mikrobiel platform til skræddersyet produktion af bionedbrydeligt polylactidmodifikator:Lactatbaseret polyester LAHB med ultrahøj molekylvægt, ACS Sustainable Chemistry &Engineering (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c07662

Journaloplysninger: ACS Sustainable Chemistry &Engineering

Leveret af Kobe University