Los bioplásticos como el ácido poliláctico (PLA) se inventaron para ayudar a resolver la crisis de los residuos plásticos, pero a menudo dificultan la gestión de residuos. Debido a que estos materiales son tan similares a los plásticos tradicionales a base de petróleo, muchos productos no terminan en el compost, donde se descomponen por diseño, sino que consumidores bien intencionados los agregan al flujo de reciclaje. Allí, los productos se trituran y funden utilizando plásticos reciclables, lo que reduce la calidad de la mezcla y dificulta la fabricación de productos funcionales a partir de resina plástica reciclada. Actualmente, la única solución es intentar separar los diferentes plásticos en instalaciones de reciclaje. Sin embargo, incluso con el uso de clasificadores automatizados sofisticados, algunos plásticos de origen biológico terminan contaminando las mesas donde se clasifican.
Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y el Instituto Conjunto de BioEnergía (JBEI) están colaborando con Un mejor producto para el planeta.
El equipo ideó un proceso simple de «un solo recipiente» para descomponer una mezcla de plásticos a base de petróleo y de origen biológico utilizando soluciones salinas de origen natural combinadas con microbios especializados. En una olla, las sales actúan como catalizadores para descomponer materiales de polímeros, grandes estructuras de moléculas repetidas unidas entre sí, en moléculas individuales llamadas monómeros, que luego los microbios fermentan en un nuevo tipo de polímero biodegradable que se puede convertir en productos básicos frescos. . El proceso se describe en A. una tierra Artículo publicado el 17 de noviembre.
«Es irónico porque el propósito del uso de bioplásticos es ser más sostenible, pero causa problemas», dijo el primer autor Zhang Du, investigador principal en ingeniería científica en la Unidad de Desarrollo de Procesos de Biocombustibles y Bioproductos Avanzados (ABPDU) de UCLA. Laboratorio de Berkeley. Du fue seleccionado recientemente como uno de los 35 ingenieros químicos menores de 35 años del American Institute. «Nuestro proyecto intenta superar el problema de la segregación y lograr que no tengas que preocuparte por mezclar el contenedor de reciclaje. Puedes poner todo el plástico en un solo cubo».
Además de simplificar el proceso de reciclaje, el enfoque del equipo podría permitir la biofabricación de otros productos valiosos utilizando las mismas bacterias que felizmente se alimentan de monómeros plásticos. Imaginemos un mundo en el que se pudieran producir biocombustibles o incluso medicamentos a partir de residuos plásticos, de los cuales alrededor de 8.300 millones de toneladas están en los vertederos.
«Existe un debate abierto sobre si podemos utilizar residuos de plástico como fuente de carbono en la biofabricación. Es una idea muy avanzada. Pero hemos demostrado que utilizando residuos de plástico, podemos alimentar a los microbios. Con más herramientas de ingeniería genética, los microbios pueden podremos crecer en múltiples tipos de plásticos al mismo tiempo, y anticipamos la posibilidad de continuar con este estudio donde podamos reemplazar los azúcares, que son fuentes tradicionales de carbono para los microbios, con plásticos mixtos procesados que son difíciles de reciclar y que pueden ser convertidos en productos valiosos En JBEI: “A través de la fermentación”.
El siguiente paso para los científicos del Berkeley Lab es experimentar con otros catalizadores de sales orgánicas para tratar de encontrar un catalizador que sea altamente efectivo para descomponer polímeros y pueda reutilizarse en múltiples lotes para reducir costos. También están modelando cómo funciona el proceso a gran escala en instalaciones de reciclaje del mundo real.
En su último artículo, los científicos demostraron el potencial de su enfoque en experimentos de laboratorio a gran escala con una mezcla de tereftalato de polietileno (PET), el plástico a base de petróleo más común, que se utiliza en cosas como botellas de agua y se hila en fibras de poliéster. — y PLA, un plástico El bio más común.
Utilizaron un catalizador de sal a base de aminoácidos desarrollado previamente por colegas de JBEI y una cepa de… Pseudomonas intestinalis Diseñado por científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge. Esta mezcla descompuso con éxito el 95 % de la mezcla de PET/PLA y convirtió las partículas en un tipo de polímero de polihidroxialcanoato (PHA). Los PHA son una nueva clase de alternativas plásticas biodegradables diseñadas para degradarse eficientemente en una variedad de entornos naturales, a diferencia de los plásticos a base de petróleo.
Hemant Chaudhary, miembro del equipo, señaló que aunque su proceso de reciclaje químico actualmente solo se ha probado para plásticos PET contaminados con PLA biodegradable, aún sería útil para los diversos flujos de plástico que se encuentran en las instalaciones de reciclaje reales. «Se puede integrar completamente con las fuentes de plástico existentes», dijo Chowdhury, científico de los Laboratorios Nacionales Sandia que trabaja en JBEI. Explicó que la mayoría de los productos comerciales no se limitan a un solo tipo de plástico, sino que son un grupo de diferentes tipos combinados. Por ejemplo, una chaqueta polar está hecha de poliéster a base de PET combinado con poliolefinas o poliamidas. «Podemos colocarlos en un proceso de un solo recipiente y procesar fácilmente el componente de poliéster de esta mezcla para convertirlo en bioplásticos. Estos monómeros son solubles en agua, pero las partes restantes, las poliolefinas o poliamidas, no lo son». Chaudhary dijo que los desechos de alimentos pueden eliminarse fácilmente mediante una simple filtración y luego enviarse al proceso de reciclaje mecánico tradicional donde los materiales se trituran y funden.
«El reciclaje químico ha sido un tema candente, pero es difícil de lograr a escala comercial porque todos los pasos de separación son muy costosos», dijo Ning Sun, científico de ABPDU, autor principal e investigador principal de este proyecto. . «Pero al utilizar un biocatalizador en agua, los microbios pueden convertir plásticos despolimerizados directamente sin pasos de separación adicionales. Estos resultados son muy interesantes, aunque reconocemos que todavía se necesitan una serie de mejoras para lograr la viabilidad económica del proceso avanzado».
Los coautores Nawa R. Baral y Corinne Scown, expertos en análisis tecnoeconómico de JBEI y en el campo de las biociencias de Berkeley Lab, también demostraron que una vez optimizado con salmuera reutilizable, el proceso puede reducir el costo y la huella de carbono de los PHA en un 62% y un 29%. % . %, respectivamente, en comparación con la producción comercial actual de PHA.
JBEI es un centro de investigación de bioenergía del Departamento de Energía (DOE) administrado por Berkeley Lab. ABPDU es una instalación colaborativa respaldada por la Oficina de Tecnologías de Bioenergía del Departamento de Energía.