Le plastiche di origine biologica come l'acido polilattico (PLA) sono state inventate per contribuire a risolvere la crisi dei rifiuti di plastica, ma spesso finiscono per rendere la gestione dei rifiuti più impegnativa.
Poiché questi materiali sembrano e sono così simili alla plastica convenzionale a base di petrolio, molti prodotti non finiscono nei composter, dove si decompongono come progettati, ma vengono invece aggiunti al flusso di riciclaggio da consumatori ben intenzionati. Lì, i prodotti vengono triturati e fusi con la plastica riciclabile, riducendo la qualità della miscela e rendendo più difficile la fabbricazione di prodotti funzionali con resina di plastica riciclata.
L’unica soluzione, attualmente, è provare a separare le diverse plastiche negli impianti di riciclaggio. Tuttavia, anche con gli strumenti di smistamento automatizzati di fascia più alta, alcune plastiche di origine biologica finiscono per contaminare i flussi di smistamento.
Gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e del Joint BioEnergy Institute (JBEI) stanno collaborando con X, l'incubatore lunare guidato da Alphabet, la società madre di Google, non solo per saltare la problematica fase di separazione, ma anche per migliorare il prodotto finale. per il pianeta.
Il team ha inventato un semplice processo “one pot” per scomporre miscele di plastica a base di petrolio e di origine biologica utilizzando soluzioni saline di derivazione naturale abbinate a microbi specializzati. In un’unica vasca, i sali agiscono come catalizzatore per scomporre i materiali dai polimeri, grandi strutture di molecole ripetitive legate insieme, nelle singole molecole chiamate monomeri, che i microbi poi fermentano in un nuovo tipo di polimero biodegradabile che può essere prodotto in prodotti freschi. Il processo è descritto in Una Terra articolo pubblicato il 17 novembre.
"È un po' ironico perché lo scopo dell'utilizzo della plastica a base biologica è quello di essere più sostenibile, ma sta causando problemi", ha affermato il primo autore Chang Dou, un esperto associato di ingegneria scientifica presso l'Advanced Biofuels and Bioproducts Process Development Unit (ABPDU) dell'Università di Washington. Laboratorio di Berkeley.
Dou è stato recentemente nominato come uno dei 35 Under 35 dell'American Institute of Chemical Engineers. "Il nostro progetto sta cercando di aggirare il problema della separazione e fare in modo che tu non debba preoccuparti di mescolare i contenitori per il riciclaggio. Puoi mettere tutta la plastica in un secchio."
Oltre a semplificare il riciclaggio, l'approccio del team potrebbe consentire la produzione biologica di altri prodotti di valore utilizzando gli stessi batteri che sgranocchiano allegramente monomeri di plastica. Immagina un mondo in cui i biocarburanti o anche i medicinali potrebbero essere prodotti dai rifiuti di plastica, di cui circa 8,3 miliardi di tonnellate restano nelle discariche.
"C'è una discussione aperta sulla possibilità di utilizzare i rifiuti di plastica come fonte di carbonio per la bioproduzione. È un'idea molto avanzata. Ma abbiamo dimostrato che utilizzando i rifiuti di plastica possiamo nutrire i microbi. Con più strumenti di ingegneria genetica, i microbi potrebbero essere in grado di per crescere su più tipi di plastica contemporaneamente. Prevediamo il potenziale per continuare questo studio in cui possiamo sostituire gli zuccheri, tradizionali fonti di carbonio per i microbi, con plastiche miste lavorate e difficili da riciclare che possono essere convertite in prodotti di valore. attraverso la fermentazione", ha affermato Zilong Wang, un ricercatore post-dottorato della UC Berkeley che lavora presso JBEI.
Il prossimo passo degli scienziati del Berkeley Lab sarà quello di sperimentare altri catalizzatori di sali organici per cercare di trovarne uno che sia altamente efficace nel scomporre i polimeri e che possa essere riutilizzato in più lotti per ridurre i costi. Stanno anche modellando come funzionerebbe il processo su larga scala negli impianti di riciclaggio del mondo reale.
Nel loro articolo, gli scienziati hanno dimostrato il potenziale del loro approccio in esperimenti su scala di laboratorio con miscele di polietilene tereftalato (PET), la plastica più comune a base di petrolio, utilizzata in oggetti come bottiglie d'acqua e filata in fibre di poliestere, e PLA. la plastica di origine biologica più comune.
Hanno utilizzato un catalizzatore salino a base di amminoacidi precedentemente sviluppato dai colleghi del JBEI e un ceppo di Pseudomonas putida progettato dagli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory.
Questa combinazione ha scomposto con successo il 95% della miscela PET/PLA e ha convertito le molecole in un tipo di polimero poliidrossialcanoato (PHA). I PHA sono una nuova classe di sostituti della plastica biodegradabili progettati per degradarsi in modo efficiente in una varietà di ambienti naturali, a differenza della plastica a base di petrolio.
Il membro del team Hemant Choudhary ha osservato che, sebbene il loro processo di riciclaggio chimico sia attualmente dimostrato solo per la plastica PET contaminata da PLA biodegradabile, sarebbe comunque vantaggioso per i diversi flussi di plastica incontrati negli impianti di riciclaggio reali.
"Può essere completamente integrato con le fonti di plastica esistenti", ha affermato Choudhary, uno scienziato dello staff dei Sandia National Laboratories che lavora presso JBEI. La maggior parte dei prodotti commerciali non sono costituiti da un solo tipo di plastica, ma da una manciata di tipi diversi combinati, ha spiegato. Ad esempio, una giacca in pile è realizzata con poliesteri a base PET insieme a poliolefine o poliammidi.
"Possiamo inserirlo nel nostro processo one-pot e lavorare facilmente il componente poliestere di quella miscela e convertirlo in una bioplastica. Questi monomeri sono solubili in acqua, ma le parti rimanenti, le poliolefine o le poliammidi, non lo sono." I residui possono essere facilmente rimossi mediante una semplice filtrazione e quindi inviati a un tradizionale processo di riciclaggio meccanico in cui il materiale viene triturato e fuso, ha affermato Choudhary.
"Il riciclaggio chimico è stato un argomento caldo, ma è difficile realizzarlo su scala commerciale perché tutte le fasi di separazione sono molto costose", ha affermato Ning Sun, uno scienziato dello staff dell'ABPDU, autore principale e ricercatore principale di questo progetto. .
“Ma utilizzando un catalizzatore biocompatibile in acqua, i microbi possono convertire direttamente la plastica depolimerizzata senza passaggi di separazione aggiuntivi. Questi risultati sono molto entusiasmanti, anche se riconosciamo che sono ancora necessari numerosi miglioramenti per realizzare la fattibilità economica del processo sviluppato. "
I coautori Nawa R. Baral e Corinne Scown, esperti in analisi tecnoeconomica presso JBEI e l'area Bioscienze del Berkeley Lab, hanno anche dimostrato che, una volta ottimizzato con una soluzione salina riutilizzabile, il processo potrebbe ridurre il costo e l'impronta di carbonio dei PHA del 62% e del 29%. %, rispettivamente, rispetto alla produzione commerciale odierna di PHA.
Ulteriori informazioni: Ning Sun et al, Un approccio ibrido chimico-biologico può riciclare i rifiuti di plastica mista con costi e emissioni di carbonio ridotti, One Earth (2023). DOI:10.1016/j.oneear.2023.10.015. www.cell.com/one-earth/fulltex… 2590-3322(23)00490-6
Informazioni sul giornale: Una Terra
Fornito dal Lawrence Berkeley National Laboratory
