Новый микробный процесс позволяет производить пластик из переработанных отходов и может быть масштабирован, чтобы помочь сократить количество отходов на свалках и загрязнение окружающей среды.
Аспирант и профессор работают в лаборатории над проектом по переработке биопластика из пищевых отходов.
Университет Бингемтона/Государственный университет Нью-Йорка
По данным Министерства сельского хозяйства США, американцы ежегодно выбрасывают от 30% до 40% продовольствия страны.
Эти отходы, объем которых ежегодно достигает миллиардов фунтов, в конечном итоге гниют на свалках и выделяют парниковые газы, такие как метан и углекислый газ.
В то же время пластиковые отходы накапливаются, что вызывает тревогу по поводу распространения микропластика в окружающей среде и организме человека.
Теперь исследователи из Университета Бингемтона, Государственного университета Нью-Йорка, возможно, нашли способ решить обе проблемы одновременно.
Группа ученых под руководством аспиранта Тяньчжэна Лю разработала метод переработки пищевых отходов в биоразлагаемый пластик, что является прорывом, способным оказать масштабное воздействие на окружающую среду.
Ученые кормили бактерии Cupriavidus necator ферментированными пищевыми отходами, содержащими молочную кислоту в качестве источника углерода и сульфат аммония в качестве источника азота.
Эти бактерии синтезируют биопластик, называемый полигидроксиалканоатом (ПГА), который они хранят внутри себя в качестве источника углерода и энергии.
Около 90% произведенного PHA можно собрать и использовать для производства биоразлагаемой упаковки и других пластиковых изделий.
«Мы можем использовать пищевые отходы в качестве ресурса для производства множества промышленных продуктов, и биоразлагаемый полимер — лишь один из них», — сказал профессор Ша Цзинь, который поддержал проект вместе с заслуженным профессором и председателем SUNY Каймином Йе.
«Мы стремимся не только повысить ценность пищевых отходов, но и снизить стоимость производства этого экологически чистого полимера».
Бактерии производят экологически чистый пластик
Лю, имевший опыт исследований стволовых клеток, столкнулся с серьезными трудностями в процессе обучения.
«Биоконверсия пищевых отходов в органические кислоты была относительно простой задачей», — сказал он. «Выращивание бактерий, производящих пластик, было сложной задачей, поскольку поначалу у меня не было опыта бактериальной ферментации для получения биополимера».
«При каждом шаге я чувствовал, что что-то не так, как я ожидал», — добавил он.
Идея использовать пищевые отходы пришла Джину в 2022 году после получения гранта от штата Нью-Йорк на исследование устойчивости продуктов питания.
Она обратилась к ответственному за устойчивое развитие кампуса и узнала, что политика SUNY запрещает отправлять пищевые отходы на свалки.
«От каждого кампуса ожидается решение этой проблемы», — сказал Джин. «В Бингемтоне столовые отдают отходы фермерам на корм скоту. Я подумал, что, возможно, мы могли бы попробовать напрямую перерабатывать эти пищевые отходы в биоразлагаемый пластик».
Поставщиками пищевых отходов, использованных в проекте, выступили компании Sodexo и Binghamton University Dining Services.
Работа группы также затронула проблемы промышленного масштаба, такие как хранение и вариабельность пищевых продуктов. Они обнаружили, что отходы можно хранить как минимум неделю без ущерба для качества продукта. Тип пищевых продуктов также не имеет значения, главное, чтобы соотношение компонентов в смеси оставалось стабильным.
«Мы обнаружили, что этот процесс очень надёжен, если смешивать разные виды продуктов в одинаковом соотношении», — сказал Цзинь. «Мы контролируем температуру и pH во время ферментации, и эти условия способствуют росту бактерий, вырабатывающих органическую кислоту».
Оставшийся после ферментации пастообразный остаток также тестируется в качестве потенциального органического удобрения для замены химических альтернатив.
Расширение прорыва
Следующий шаг — расширение. Джин хочет масштабировать систему и протестировать её на более широком уровне с отраслевыми партнёрами или за счёт дополнительной грантовой поддержки.
«Bioresource Technology — высококачественный журнал, поэтому быстрая публикация говорит о важности этого исследования», — сказала она.
Исследование опубликовано в журнале Bioresource Technology.
Sourse: interestingengineering.com
