Группа ученых Texas A&M AgriLife Research разработала систему, которая использует углекислый газ, CO 2 , для производства биоразлагаемых пластиков, или биопластиков, которые могут заменить неразлагаемые пластики, используемые сегодня. Исследование направлено на решение двух задач: накопление неразлагаемого пластика и устранение выбросов парниковых газов.
Исследование, опубликованное 28 сентября в журнале Chem, было результатом сотрудничества Сьюзи Дай, доктора философии, доцента Техасского отдела патологии растений и микробиологии A&M, и Джошуа Юаня, доктора философии, ранее работавшего в Техасском отделе A&M. Патология растений и микробиология в качестве кафедры синтетической биологии и возобновляемых продуктов, а в настоящее время Лопата профессор и заведующая кафедрой энергетики, экологии и химической инженерии Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
Создание биопластиков
Дай сказал, что современные пластмассы на нефтяной основе не разлагаются легко и создают серьезную проблему для экосистем и, в конечном счете, для океанов.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи Техасского колледжа сельского хозяйства и наук о жизни A&M и их группы почти два года работали над созданием интегрированной системы, которая использует CO 2 в качестве сырья для роста бактерий в питательном растворе и производства биопластиков. В работу внесли свой вклад Пэн Чжан, доктор философии, научный сотрудник с докторской степенью, и Кайнан Чен, докторант, работающие в Техасском отделении патологии растений и микробиологии A&M. Система Техасского университета A&M подала заявку на патент на интегрированную систему.
«Углекислый газ вместе с бактериями использовался для производства многих химических веществ, включая биопластики, но эта конструкция обеспечивает высокоэффективный и плавный поток через наш трубопровод от углекислого газа к биопластикам», — сказал Дай.
«Теоретически это что-то вроде поезда, в котором единицы соединены друг с другом», — сказал Дай. «Первый блок использует электричество для преобразования углекислого газа в этанол и другие двухуглеродные молекулы — процесс, называемый электрокатализом. Во втором блоке бактерии потребляют этанол и молекулы углерода, чтобы стать машиной для производства биопластиков, которые отличаются от пластиковые полимеры на нефтяной основе, которые труднее разлагаются».
Улавливание и повторное использование отходов CO 2
Использование CO 2 в этом процессе может также способствовать сокращению выбросов парниковых газов . Многие производственные процессы выделяют CO 2 в качестве побочного продукта .
«Если мы сможем улавливать отработанный углекислый газ, мы сократим выбросы парниковых газов и сможем использовать его в качестве сырья для производства чего-либо», — сказал Дай. «Эта новая платформа обладает большим потенциалом для решения проблем устойчивого развития и преобразования будущего дизайна сокращения выбросов углекислого газа».
Основная сила новой платформы — гораздо более высокая скорость реакции, чем у фотосинтеза, и более высокая энергоэффективность.
«Мы расширяем возможности этой платформы для широкого круга продуктов, таких как топливо, товарные химикаты и различные материалы», — сказал Дай. «Исследование продемонстрировало план «декарбонизированного биопроизводства», который может преобразовать наш производственный сектор».
Расширение будущих воздействий
Дай сказал, что в настоящее время биопластики дороже, чем пластики на нефтяной основе. Но если технология будет достаточно успешной для производства биопластика в экономическом масштабе, отрасли промышленности смогут заменить традиционные пластмассовые изделия теми, которые оказывают меньше негативного воздействия на окружающую среду. Кроме того, снижение выбросов CO 2 в энергетических секторах, таких как газо- и электроэнергетика, также принесло бы пользу.
«Это нововведение открывает двери для новых продуктов, если бактерия спроектирована таким образом, чтобы потреблять молекулы, полученные из углекислого газа, и производить целевые продукты», — сказал Дай. «Одним из преимуществ этой конструкции является то, что условия, в которых растут бактерии, являются мягкими и могут быть адаптированы к промышленным условиям».
