Ett team av Texas A&M AgriLife Research-forskare har utvecklat ett system som använder koldioxid, CO₂ , för att producera biologiskt nedbrytbar plast, eller bioplast, som skulle kunna ersätta den icke-nedbrytbara plast som används idag. Forskningen tar upp två utmaningar:ackumulering av icke-nedbrytbar plast och sanering av utsläpp av växthusgaser.

Publicerad 28 september i Chem , forskningen var ett samarbete mellan Susie Dai, Ph.D., docent vid Texas A&M Department of Plant Pathology and Microbiology, och Joshua Yuan, Ph.D., tidigare med Texas A&M Department of Plant Pathology and Microbiology som ordförande för syntetisk biologi och förnybara produkter och nu Lopata professor och ordförande vid Washington University i St. Louis Department of Energy, Environmental and Chemical Engineering.

Skapa bioplast

Dai sa att dagens petroleumbaserade plaster inte bryts ned lätt och skapar ett stort problem i ekosystemen och i slutändan haven.

För att ta itu med dessa problem har forskare från Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences och deras team arbetat i nästan två år för att utveckla ett integrerat system som använder CO₂ som råvara för bakterier att växa i en näringslösning och producera bioplast. Peng Zhang, Ph.D., postdoktoral forskarassistent, och Kainan Chen, doktorand, båda vid Texas A&M Department of Plant Pathology and Microbiology, bidrog till arbetet. Texas A&M University System har lämnat in en patentansökan för det integrerade systemet.

"Koldioxid har använts i samverkan med bakterier för att producera många kemikalier, inklusive bioplast, men den här designen producerar ett mycket effektivt, jämnt flöde genom vår koldioxid-till-bioplast-pipeline," sa Dai.

"I teorin är det ungefär som ett tåg med enheter kopplade till varandra," sa Dai. "Den första enheten använder elektricitet för att omvandla koldioxiden till etanol och andra tvåkolsmolekyler — en process som kallas elektrokatalys. I den andra enheten förbrukar bakterierna etanolen och kolmolekylerna för att bli en maskin för att producera bioplast, som skiljer sig från petroleumbaserade plastpolymerer som är svårare att bryta ned."

Fånga och återanvända CO₂ avfall

Använder CO₂ i processen kan också bidra till att minska utsläppen av växthusgaser. Många tillverkningsprocesser släpper ut CO₂ som avfallsprodukt.

"Om vi ​​kan fånga upp avfallet koldioxid, minskar vi utsläppen av växthusgaser och kan använda det som råvara för att producera något," sa Dai. "Denna nya plattform har stor potential att möta hållbarhetsutmaningar och förändra den framtida designen av koldioxidreduktion."

Den stora styrkan med den nya plattformen är en mycket snabbare reaktionshastighet än fotosyntes och högre energieffektivitet.

"Vi utökar kapaciteten för denna plattform till breda produktområden som bränslen, råvarukemikalier och olika material," sa Dai. "Studien visade planen för "dekarboniserad biotillverkning" som kan förändra vår tillverkningssektor."

Utöka framtida effekter

Dai sa för närvarande att bioplast är dyrare än petroleumbaserad plast. Men om tekniken är tillräckligt framgångsrik för att producera bioplast i ekonomisk skala, kan industrier ersätta traditionella plastprodukter med sådana som har mindre negativ miljöpåverkan. Dessutom minskar CO₂ utsläpp från energisektorer som gas- och elanläggningar skulle också vara en fördel.

"Denna innovation öppnar dörren för nya produkter om bakterien är konstruerad för att konsumera koldioxidhärledda molekyler och producera målprodukter," sa Dai. "En av fördelarna med den här designen är att tillståndet som bakterierna växer i är mildt och anpassningsbart till förhållanden i industriskala." + Utforska vidare

En banbrytande upptäckt inom omvandling av kolavskiljning för etenproduktion