Een golf van publiek momentum zwelt aan tegen de crisis van op aardolie gebaseerde kunststoffen, die op onze stortplaatsen liggen, drijvend in onze oceanen, en verschijnen in onze lucht en zelfs in ons eten.

In de tussentijd, in een chemisch laboratorium van de Colorado State University, enkele van de knapste koppen in de polymeerwetenschap zwoegen naar wat zij denken dat een haalbare oplossing is. Elke dag, ze werken aan nieuwe chemie voor duurzame materialen die kunnen concurreren met, en uiteindelijk zelfs vervangen, de moeilijk te recyclen, niet-afbreekbare grondstoffen die ons milieu al tientallen jaren overweldigen.

Eugene Chen, hoogleraar bij de vakgroep Chemie, heeft een nieuwe studie geleid die een pad van chemische katalyse aantoont om een ​​bestaande klasse van biomaterialen - die al aan kracht wint in industriële omgevingen - nog commercieel levensvatbaarder en structureel diverser te maken. De resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , en de paper omvat eerste auteur Xiaoyan Tang en co-auteurs van afgestudeerde studenten Andrea Westlie en Eli Watson.

Biologisch afbreekbare kunststoffen

In recente jaren, Chen heeft een deel van de inspanningen van zijn lab gericht op een reeks biomaterialen die PHA's worden genoemd, of polyhydroxyalkanoaten. Ze zijn een klasse van polyesters, geproduceerd door bacteriën, die biologisch afbreekbaar zijn in een mate die niet wordt gezien in commerciële kunststoffen. Ze versloegen "composteerbare" bioplastics gemaakt van polymelkzuur (PLA) door op natuurlijke wijze af te breken in oceanen en stortplaatsen, terwijl PLA industrieel moet worden gecomposteerd. Sommigen zien PHA's als een baken in het donker, met plastic gevulde wereld, met bedrijven die al een industrie proberen te creëren rond dergelijke biogebaseerde materialen.

Maar PHA's hebben hun beperkingen. Ze worden gemaakt in bioreactoren waar gemeenschappen van bacteriën biohernieuwbare koolstofgrondstoffen omzetten, zoals suikers, in de eenvoudigste vorm van PHA, genaamd poly (3-hydroxybutyraat), of P3HB. Verschillende koolstofbronnen en bacteriën kunnen ook andere PHA-derivaten maken. Deze biosynthese-opstellingen zijn momenteel duur, relatief traag en gehinderd door hun beperkte schaalbaarheid en productiviteit.

In hun Science paper, Chen en collega's vallen die beperkingen één voor één aan, een roman aanbieden, chemische synthetische route voor het maken van conventionele en nieuwe PHA's met verbeterde, afstembaar, mechanische en fysieke eigenschappen. Dit zijn precies de kenmerken die aardoliekunststoffen zo alomtegenwoordig hebben gemaakt in onze wereld.

Polymerisatie methode:

De CSU-polymeerchemici melden dat hun nieuwe polymerisatiemethodologie mogelijk wordt gemaakt door katalysatoren die direct een bio-sourced monomeer genaamd 8DL polymeriseren dat bestaat in een vorm die stereo-isomeren wordt genoemd. De gekatalyseerde polymerisatie produceert ordelijke, kristallijn, zogenaamde "stereosequenced" PHA's. In het labortorium, de onderzoekers toonden de taaiheid en taaiheid van hun materialen, en hun vermogen om de structuur en functie van hun materialen af ​​te stemmen.

"We wilden het knelpuntprobleem oplossen, "Zei Chen. "Hoe kunnen we de chemische katalyseroute naar deze fantastische klasse van biologisch afbreekbare kunststoffen ontwikkelen, zodat je, in principe, schaalbaarheid, snelle productie en afstembaarheid om verschillende PHA's te maken? ... Dat was de motivatie."

Dit werk bouwde voort op eerder gepubliceerd onderzoek dat verscheen in Natuurcommunicatie . Vervolgens, de onderzoekers gebruikten hun chemische syntheseroute om P3HB te maken, een van de 150 PHA-biomaterialen. Maar P3HB is relatief broos, waardoor het onpraktisch is voor veel toepassingen van aardoliekunststoffen van vandaag.

Chen benadrukt dat hij geen expert is in biosynthetische routes voor het maken van PHA's. Echter, zijn laboratorium biedt de technologisch voordelige chemische katalysebenadering aan voor zowel bestaande als nieuwe PHA-materialen, die een grote rol kunnen spelen bij het oplossen van de plasticcrisis van onze generatie.