Команда вчених Texas A&M AgriLife Research розробила систему, яка використовує вуглекислий газ, CO2, для виробництва біорозкладаного пластику або біопластику, який може замінити важко розкладний пластик, який використовується сьогодні. Дослідження стосуються двох основних проблем: накопичення пластику та усунення викидів парникових газів.
Дослідження, опубліковане 28 вересня в Chem, було результатом співпраці Сюзі Дай, доктора філософії, доцента Техаського відділу патології рослин і мікробіології, і Джошуа Юаня, доктора філософії, колишнього співробітника Техаського відділу A&M, а тепер професор та завідувач кафедри енергетики, екології та хімічної інженерії Вашингтонського університету в Сент-Луїсі.
Створення біопластику
Сюзі Дай сказав, що сучасний пластик на основі нафтопродуктів не легко розкладається і створює серйозну проблему для екосистем і, зрештою, океанів. Щоб вирішити ці проблеми, дослідники Техаського коледжу сільського господарства та наук про життя Техасу та їхні команди майже два роки працювали над розробкою інтегрованої системи, яка використовує CO2 як сировину для росту бактерій у поживному розчині та виробництва біопластику. В результаті команда Техаського університету A&M подала заявку на патент на інтегровану систему.
«Вуглекислий газ використовувався спільно з бактеріями для виробництва багатьох хімічних речовин, у тому числі біопластику, але ця конструкція забезпечує високоефективний, плавний потік через наш трубопровід вуглекислий газ — біопластик», — сказав Сюзі Дай.
«Теоретично, це щось на кшталт потяга з блоками, з’єднаними один з одним», — сказав Дай. «Перший блок використовує електрику для перетворення вуглекислого газу на етанол та інші двовуглецеві молекули — процес називається електрокаталізом. У другому блоці бактерії споживають етанол і молекули вуглецю, щоб стати машиною для виробництва біопластику, який відрізняється від пластикових полімерів на основі нафтопродуктів».
Уловлювання та повторне використання відходів CO2
Використання CO2 у цьому процесі також може допомогти зменшити викиди парникових газів. Багато виробничих процесів викидають CO2, як відходи.
«Якщо ми зможемо вловити відпрацьований вуглекислий газ, ми зменшимо викиди парникових газів і зможемо використовувати їх як сировину для виробництва», — сказав Сюзі Дай. «Ця нова система має великий потенціал для вирішення проблем сталого розвитку та зміни майбутнього дизайну скорочення вуглекислого газу».
Головною перевагою нової системи є набагато швидша швидкість реакції, ніж фотосинтез, і вища енергоефективність.
«Ми розширюємо можливості цієї платформи до широких областей продуктів, таких як паливо, хімічні речовини та різноманітні матеріали», — сказав Сюзі Дай. «Дослідження продемонструвало проєкт «декарбонізованого біовиробництва», який міг би трансформувати наш виробничий сектор».
Розширення майбутніх впливів
Сюзі Дай сказав, що наразі біопластик дорожчий, ніж пластик на основі нафтопродуктів. Але якщо ця технологія буде достатньо успішною для виробництва біопластику в економічних масштабах, промисловість зможе замінити традиційні пластикові вироби такими, які мають менший негативний вплив на навколишнє середовище. Крім того, скорочення викидів CO2 в енергетичних секторах, таких як газові та електричні установки, також буде корисним.
«Це нововведення відкриває двері для нових продуктів, якщо бактерія створена для споживання молекул вуглекислого газу та виробництва цільових продуктів», — сказав Сюзі Дай. «Одна з переваг цієї конструкції полягає в тому, що умови, в яких ростуть бактерії, м’які та адаптовані до промислових умов».
Першоджерела:
Peng Zhang et al, Chem-Bio interface design for rapid conversion of CO2 to bioplastics in an integrated system, Chem (2022). DOI: 10.1016/j.chempr.2022.09.005