USA genererar sju miljoner ton avloppsslam årligen, tillräckligt för att fylla 2, 500 simbassänger i olympisk storlek. Medan en del av detta avfall återanvänds för gödsel och andra markanvändningar, en betydande mängd deponeras fortfarande på deponier. I en ny studie, Forskare från Texas A&M University har upptäckt ett effektivt sätt att använda överblivet slam för att göra biologiskt nedbrytbar plast.

I septembernumret av tidskriften American Chemical Society (ACS) Omega , forskarna rapporterar att bakterien Zobellella denitrificans ZD1, finns i mangrove, kan konsumera slam och avloppsvatten för att producera polyhydroxibutyrat, en typ av biopolymer som kan användas i stället för petroleumbaserad plast. Förutom att minska belastningen på deponier och miljön, sa forskarna Zobellella denitrificans ZD1 erbjuder ett sätt att minska uppströmskostnaderna för tillverkning av bioplaster, ett steg mot att göra dem mer konkurrenskraftiga priser mot vanlig plast.

"Priset på råvaror för att odla biopolymerproducerande bakterier står för 25-45% av den totala produktionskostnaden för att tillverka bioplast. Visst, denna kostnad kan reduceras avsevärt om vi kan utnyttja en alternativ resurs som är billigare och lättillgänglig, "sa Kung-Hui (Bella) Chu, professor vid Zachry-avdelningen för bygg- och miljöteknik. "Vi har visat ett potentiellt sätt att använda kommunalt avloppsvattenaktiverat slam och industriellt avloppsvatten från jordbruk och vattenbruk för att göra biologiskt nedbrytbar plast. Dessutom, bakteriestammen kräver inga komplicerade steriliseringsprocesser för att förhindra kontaminering från andra mikrober, ytterligare minska drifts- och produktionskostnaderna för bioplast."

polyhydroxibutyrat, en framväxande klass av bioplaster, produceras av flera bakteriearter när de upplever en obalans av näringsämnen i sin miljö. Denna polymer fungerar som bakteriens kompletterande energireserver, liknande fettdepåer hos djur. Särskilt, ett överflöd av kolkällor och en utarmning av antingen kväve, fosfor eller syre, orsakar att bakterier oregelbundet konsumerar sina kolkällor och producerar polyhydroxibutyrat som en stressreaktion.

Ett sådant medium som kan tvinga bakterier att tillverka polyhydroxibutyrat är rå glycerol, en biprodukt av biodieseltillverkning. Rå glycerol är rik på kol och har inget kväve, vilket gör det till en lämplig råvara för tillverkning av bioplast. Dock, rå glycerol innehåller orenheter som fettsyror, salter och metanol, som kan förbjuda bakterietillväxt. Som rå glycerol, slam från avloppsvatten har också många av samma fettsyror och salter. Chu sa att effekterna av dessa fettsyror på bakterietillväxt och, följaktligen, polyhydroxibutyratproduktionen hade ännu inte undersökts.

"Det finns en mängd bakteriearter som tillverkar polyhydroxibutyrat, men bara ett fåtal som kan överleva i högsaltiga miljöer och ännu färre bland dessa stammar kan producera polyhydroxibutyrat av ren glycerol, "Chu sa." Vi tittade på möjligheten om dessa salttoleranta stammar också kan växa på rå glycerol och avloppsvatten. "

För sina studier, Chu och hennes team valde Zobellella denitrificans ZD1, vars naturliga livsmiljö är mangrovens saltvatten. De testade sedan tillväxten och förmågan hos denna bakterie att producera polyhydroxibutyrat i ren glycerol. Forskarna upprepade också samma experiment med andra bakteriestammar som är kända producenter av polyhydroxibutyrat. De hittade det Zobellella denitrificans DZ1 kunde trivas i ren glycerol och producerade den maximala mängden polyhydroxibutyrat i proportion till vikten utan vatten.

Nästa, teamet testade tillväxten och förmågan hos Zobellella denitrificans ZD1 för att producera polyhydroxibutyrat i glycerol innehållande salt och fettsyror. De fann att även under dessa förhållanden, det producerade polyhydroxibutyrat effektivt, även under balanserade näringsförhållanden. När de upprepade experimenten i prover av höghållfast syntetiskt avloppsvatten och avloppsaktiverat slam, de fann att bakterierna fortfarande kunde göra polyhydroxibutyrat, fastän i kvantiteter lägre än om de var i råglycerol.

Chu noterade att genom att utnyttja Zobellella denitrificans ZD1-tolerans för salta miljöer, dyra steriliseringsprocesser som normalt behövs när man arbetar med andra bakteriestammar skulle kunna undvikas.

" Zobellella denitrificans ZD1 naturliga preferenser för salthalt är fantastiskt eftersom vi kan, om det behövs, justera den kemiska sammansättningen av avfallet genom att bara tillsätta vanliga salter. Denna miljö skulle vara giftig för andra bakteriestammar, " sa hon. "Så, vi erbjuder en låg kostnad, en hållbar metod för att tillverka bioplast och ett annat sätt att återanvända bioavfall som är kostsamt att kassera."