Plastik z trawy

Prawie wszystkie sprzedawane obecnie tworzywa sztuczne pochodzą z ropy naftowej i nie ulegają biodegradacji. Ale naukowcy z Metabolix w Cambridge w stanie Massachusetts zajmują się inżynierią genetyczną prosa rózgowego, aby wyprodukować biodegradowalny polimer, który można wyekstrahować bezpośrednio z rośliny.

To może zmienić ekonomię wytwarzania biodegradowalnych polimerów. Metabolix już sprzedaje taki polimer, ale jest on produkowany przez bakterie żywiące się cukrami roślinnymi w drogich fermentorach. Proces oparty na roślinach, który mógłby wykorzystywać uprawy uprawiane na gruntach marginalnych, wymagałby mniej sprzętu.

Oliver Peoples założył Metabolix z biologiem Anthonym Sinskeyem.

Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2013 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Metabolix szacuje, że ostatecznie może sprzedawać swoje polimery roślinne za mniej niż połowę dzisiejszych cen. Podczas gdy dzisiejsze produkty końcowe są produktami niszowymi, takimi jak biodegradowalne plastikowe torby na zakupy, szerzej stosowane rodzaje produktów i opakowań mogą wówczas stać się ekonomiczne.

Wizja „rośliny w tworzywa sztuczne” uchwyciła dyrektora naukowego Metabolix, Olivera Peoplesa, byłego naukowca z MIT, od ponad 20 lat, odkąd wraz z kolegą Anthonym Sinskeyem, profesorem biologii z MIT, odkryli geny metaboliczne, które umożliwiają bakteriom znajdującym się w glebie naturalnie wytwarzają polimer znany jako PHA. Ale po tym, jak założyli Metabolix, minęła dekada, aby zoptymalizować systemy metaboliczne bakterii, aby wyprodukować użyteczne ilości PHA. Robienie tego w roślinach jest jeszcze trudniejsze. O wiele bardziej skomplikowane i czasochłonne jest zaprojektowanie złożonego i wolno rosnącego gatunku, takiego jak prosa rózgowa, w porównaniu z bardzo prostą bakterią, mówi Peoples.

Teraz naukowcy zajmujący się roślinami Metabolix pracują na nowo nad wprowadzeniem tych genów oraz innych, które regulują wzrost, do roślin, w tym prosa rózgowego, lnianki i trzciny cukrowej. W prosa rózgowego nakłaniają roślinę do produkcji i przechowywania w tkankach określonego rodzaju PHA, znanego jako PHB, który można wykorzystać do wytwarzania produktów formowanych wtryskowo, takich jak obudowy elektroniki. Firma pracuje również nad etapami produkcji chemicznej, w tym nad ekstrakcją PHB za pomocą rozpuszczalników oraz nad termiczną metodą przekształcania PHB w substancję chemiczną o nazwie kwas krotonowy, która może być wykorzystana jako surowiec do polimerów. Po wyekstrahowaniu PHB lub wytworzeniu kwasu krotonowego, resztki trawy mogą zostać spalone jako źródło energii z biomasy, które generuje niższe emisje węgla netto niż paliwa kopalne.

Po lewej: Na szalce Petriego kultury komórkowe pochodzące z nasion prosa rózgowego są wystawiane na działanie roztworu zawierającego zmodyfikowane bakterie, które przenoszą nowe geny do komórek. Niektóre geny zapożyczone z bakterii glebowych zmieniają system metaboliczny trawy, aby wytworzyć polimer znany jako PHB.
Po prawej: Produkcja tworzyw sztucznych zaczyna się od nasion prosa rózgowego.

Po lewej: Na szalce Petriego kultury komórkowe pochodzące z nasion prosa rózgowego są wystawiane na działanie roztworu zawierającego zmodyfikowane bakterie, które przenoszą nowe geny do komórek. Niektóre geny zapożyczone z bakterii glebowych zmieniają system metaboliczny trawy, aby wytworzyć polimer znany jako PHB.
Po prawej: Produkcja tworzyw sztucznych zaczyna się od nasion prosa rózgowego.

Pozostawiony Przy pomocy pożywki, które przeżyły, komórki rozwijają się w rośliny, których zmodyfikowane geny umożliwiają im produkcję plastiku.
Po prawej: hodowle komórkowe umieszcza się na pożywce zawierającej herbicyd; komórki, które nie wprowadziły nowych genów, są zabijane. (Zmodyfikowane komórki zawierają gen, który pozwala im tolerować herbicyd.)

Pozostawiony Przy pomocy pożywki, które przeżyły, komórki rozwijają się w rośliny, których zmodyfikowane geny umożliwiają im produkcję plastiku.
Po prawej: hodowle komórkowe umieszcza się na pożywce zawierającej herbicyd; komórki, które nie wprowadziły nowych genów, są zabijane. (Zmodyfikowane komórki zawierają gen, który pozwala im tolerować herbicyd.)

Po lewej: Po kilku tygodniach rośliny przenosi się do peletek torfowych, a następnie przesadza do szklarni.
Po prawej: kilka miesięcy później skoszona i wysuszona trawa jest gotowa do procesów przemysłowych w celu ekstrakcji PHB.

Po lewej: Po kilku tygodniach rośliny przenosi się do peletek torfowych, a następnie przesadza do szklarni.
Po prawej: kilka miesięcy później skoszona i wysuszona trawa jest gotowa do procesów przemysłowych w celu ekstrakcji PHB.

Kulki torfowe w szklarni Metabolix są przechowywane w plastikowych torebkach, aby utrzymać wilgotność. Młode rośliny są testowane, aby upewnić się, że produkują PHB. W tle dojrzewają trawy.

Po lewej: W jednej z obiecujących metod odzyskiwania i używania PHB posiekana proso prosa jest najpierw umieszczana w komorze ze stali nierdzewnej.
Po prawej: komora (na zdjęciu po prawej) jest następnie podgrzewana do 300 °C, rozkładając PHB na substancję chemiczną zwaną kwasem krotonowym.

Po lewej: W jednej z obiecujących metod odzyskiwania i używania PHB posiekana proso prosa jest najpierw umieszczana w komorze ze stali nierdzewnej.
Po prawej: komora (na zdjęciu po prawej) jest następnie podgrzewana do 300 °C, rozkładając PHB na substancję chemiczną zwaną kwasem krotonowym.

Gazowy kwas krotonowy jest wychwytywany i chłodzony w procesie kondensacji w sąsiedztwie komory grzewczej.

Powstały kwas krotonowy, pokazany tutaj, jest kluczowym surowcem do produkcji tworzyw sztucznych i produktów chemicznych.

W jednej z obiecujących metod odzyskiwania i używania PHB posiekana proso prosa jest najpierw umieszczana w komorze ze stali nierdzewnej.

Po lewej: inny i bardziej kapitałochłonny proces może bezpośrednio wydobyć PHB do wykorzystania w produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych. Ta metoda zaczyna się od umieszczenia posiekanej trawy w rozpuszczalniku, który uwalnia PHB.
Po prawej: Powstała ciecz jest zarezerwowana.

Po lewej: inny i bardziej kapitałochłonny proces może bezpośrednio wydobyć PHB do wykorzystania w produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych. Ta metoda zaczyna się od umieszczenia posiekanej trawy w rozpuszczalniku, który uwalnia PHB.
Po prawej: Powstała ciecz jest zarezerwowana.

Po lewej: wlewa się kolejny rozpuszczalnik.
Po prawej: To pozwala PHB wytrącić się z roztworu.

Po lewej: wlewa się kolejny rozpuszczalnik.
Po prawej: To pozwala PHB wytrącić się z roztworu.

Metabolix oblicza, że ​​trawa musi wytwarzać 10 procent swojej wagi jako PHB, aby być konkurencyjną pod względem ekonomicznym z innymi źródłami biodegradowalnych tworzyw sztucznych. Firma już prawie podwoiła zawartość PHB w prosa rózgowego, z 1,2 proc. w 2008 r. do 2,3 proc. w zeszłym roku, w tym 7 proc. w liściach. Proces ten nadal generowałby pewne emisje dwutlenku węgla: uprawa i zbiór roślin wymaga nawozów opartych na paliwach kopalnych i maszyn zasilanych paliwami kopalnymi. Ale Peoples przewiduje, że będzie to ogólnie czystsze niż produkcja plastiku z paliw kopalnych, chociaż pełna analiza nie została jeszcze wykonana. Na razie jest chętny, aby w końcu zrealizować swoją wizję „rośliny w plastik”. To świadectwo czystej, krwawej jednomyślności, mówi.

ukryć