Gli Stati Uniti generano sette milioni di tonnellate di fanghi di depurazione all'anno, abbastanza per riempire 2, 500 piscine olimpioniche. Mentre una parte di questi rifiuti viene riutilizzata per letame e altre applicazioni sul terreno, una parte consistente è ancora smaltita in discarica. In un nuovo studio, I ricercatori della Texas A&M University hanno scoperto un modo efficiente per utilizzare i fanghi avanzati per produrre plastica biodegradabile.

Nel numero di settembre della rivista American Chemical Society (ACS) Omega , i ricercatori riferiscono che il batterio Zobellella denitrificante ZD1, trovato nelle mangrovie, può consumare fanghi e acque reflue per produrre poliidrossibutirrato, un tipo di biopolimero che può essere utilizzato al posto delle plastiche a base di petrolio. Oltre a ridurre l'onere per le discariche e per l'ambiente, i ricercatori hanno detto Zobellella denitrificante ZD1 offre un modo per ridurre i costi a monte per la produzione di bioplastiche, un passo avanti per renderli più competitivi rispetto alla plastica normale.

"Il prezzo delle materie prime per coltivare i batteri produttori di biopolimeri rappresenta il 25-45% del costo totale di produzione della produzione di bioplastiche. Certamente, questo costo può essere notevolmente ridotto se possiamo attingere a una risorsa alternativa più economica e facilmente ottenibile, " disse Kung-Hui (Bella) Chu, professore nel Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Zachry. "Abbiamo dimostrato un modo potenziale per utilizzare i fanghi attivati ​​dalle acque reflue municipali e le acque reflue industriali dell'agricoltura e dell'acquacoltura per produrre plastica biodegradabile. Inoltre, il ceppo batterico non richiede processi di sterilizzazione elaborati per prevenire la contaminazione da altri microbi, abbattendo ulteriormente i costi operativi e di produzione delle bioplastiche”.

poliidrossibutirrato, una classe emergente di bioplastiche, è prodotto da diverse specie batteriche quando sperimentano uno squilibrio di nutrienti nel loro ambiente. Questo polimero funge da riserva energetica supplementare dei batteri, simile ai depositi di grasso negli animali. In particolare, un'abbondanza di fonti di carbonio e un esaurimento di azoto, fosforo o ossigeno, inducono i batteri a consumare in modo irregolare le loro fonti di carbonio e producono poliidrossibutirrato come risposta allo stress.

Uno di questi mezzi che può costringere i batteri a produrre poliidrossibutirrato è il glicerolo grezzo, un sottoprodotto della produzione di biodiesel. Il glicerolo grezzo è ricco di carbonio e non contiene azoto, rendendolo una materia prima adatta per la produzione di bioplastiche. Però, il glicerolo grezzo contiene impurità come acidi grassi, sali e metanolo, che può impedire la crescita batterica. Come il glicerolo grezzo, i fanghi delle acque reflue hanno anche molti degli stessi acidi grassi e sali. Chu ha detto che gli effetti di questi acidi grassi sulla crescita batterica e, di conseguenza, la produzione di poliidrossibutirrato non era ancora stata esaminata.

"Esiste una moltitudine di specie batteriche che producono il poliidrossibutirrato, ma solo pochi che possono sopravvivere in ambienti ad alto contenuto di sale e ancora meno tra quei ceppi possono produrre poliidrossibutirrato dal glicerolo puro, " Chu ha detto. "Abbiamo esaminato la possibilità che questi ceppi tolleranti al sale possano crescere anche su glicerolo grezzo e acque reflue".

Per il loro studio, Chu e il suo team hanno scelto il Zobellella denitrificante ZD1, il cui habitat naturale sono le acque salate delle mangrovie. Hanno quindi testato la crescita e la capacità di questo batterio di produrre poliidrossibutirrato in glicerolo puro. I ricercatori hanno anche ripetuto gli stessi esperimenti con altri ceppi batterici noti produttori di poliidrossibutirrato. Hanno scoperto che Zobellella denitrificante DZ1 è stato in grado di prosperare in glicerolo puro e ha prodotto la quantità massima di poliidrossibutirrato in proporzione al suo peso senza acqua.

Prossimo, il team ha testato la crescita e la capacità di Zobellella denitrificante ZD1 per produrre poliidrossibutirrato in glicerolo contenente sale e acidi grassi. Hanno scoperto che anche in queste condizioni, ha prodotto poliidrossibutirrato in modo efficiente, anche in condizioni nutritive equilibrate. Quando hanno ripetuto gli esperimenti su campioni di acque reflue sintetiche ad alta resistenza e fanghi attivati ​​dalle acque reflue, hanno scoperto che i batteri erano ancora in grado di produrre poliidrossibutirrato, anche se in quantità inferiori che se fossero in glicerolo grezzo.

Chu ha notato che sfruttando Zobellella denitrificante Tolleranza ZD1 per ambienti salmastri, Si potrebbero evitare costosi processi di sterilizzazione normalmente necessari quando si lavora con altri ceppi di batteri.

" Zobellella denitrificante La preferenza naturale di ZD1 per la salinità è fantastica perché possiamo, se necessario, modificare la composizione chimica dei rifiuti semplicemente aggiungendo sali comuni. Questo ambiente sarebbe tossico per altri ceppi di batteri, " ha detto. "Quindi, stiamo offrendo un basso costo, un metodo sostenibile per produrre bioplastiche e un altro modo per riutilizzare i rifiuti organici che sono costosi da smaltire".