De Verenigde Staten produceren jaarlijks zeven miljoen ton zuiveringsslib, genoeg om 2 te vullen, 500 olympische zwembaden. Terwijl een deel van dit afval wordt hergebruikt voor mest en andere landtoepassingen, een aanzienlijk deel wordt nog steeds op stortplaatsen gestort. In een nieuwe studie, Onderzoekers van de Texas A&M University hebben een efficiënte manier ontdekt om overgebleven slib te gebruiken om biologisch afbreekbare kunststoffen te maken.

In het septembernummer van het tijdschrift American Chemical Society (ACS) Omega , de onderzoekers melden dat de bacterie Zobellella denitrificans ZD1, gevonden in mangroven, kan slib en afvalwater verbruiken om polyhydroxybutyraat te produceren, een soort biopolymeer dat kan worden gebruikt in plaats van op aardolie gebaseerde kunststoffen. Naast het verminderen van de belasting van stortplaatsen en het milieu, zeiden de onderzoekers: Zobellella denitrificans ZD1 biedt een manier om de upstreamkosten voor de productie van bioplastics te verlagen, een stap om ze concurrerender te maken in vergelijking met reguliere kunststoffen.

"De prijs van grondstoffen voor het kweken van biopolymeerproducerende bacteriën is goed voor 25-45% van de totale productiekosten voor het maken van bioplastics. Zeker, deze kosten kunnen aanzienlijk worden verlaagd als we een alternatieve hulpbron kunnen aanboren die goedkoper en gemakkelijk verkrijgbaar is, " zei Kung-Hui (Bella) Chu, professor in de Zachry Department of Civil and Environmental Engineering. "We hebben een mogelijke manier aangetoond om door gemeentelijk afvalwater geactiveerd slib en industrieel afvalwater uit de landbouw en aquacultuur te gebruiken om biologisch afbreekbare kunststoffen te maken. de bacteriestam vereist geen uitgebreide sterilisatieprocessen om besmetting door andere microben te voorkomen, verdere verlaging van de bedrijfs- en productiekosten van bioplastics."

Polyhydroxybutyraat, een opkomende klasse van bioplastics, wordt geproduceerd door verschillende bacteriesoorten wanneer ze een onbalans van voedingsstoffen in hun omgeving ervaren. Dit polymeer fungeert als de aanvullende energiereserves van de bacteriën, vergelijkbaar met vetophopingen bij dieren. Vooral, een overvloed aan koolstofbronnen en een uitputting van ofwel stikstof, fosfor of zuurstof, ervoor zorgen dat bacteriën hun koolstofbronnen grillig consumeren en polyhydroxybutyraat produceren als een stressreactie.

Eén zo'n medium dat bacteriën kan dwingen polyhydroxybutyraat te maken, is ruwe glycerol, een bijproduct van de productie van biodiesel. Ruwe glycerol is rijk aan koolstof en heeft geen stikstof, waardoor het een geschikte grondstof is voor het maken van bioplastics. Echter, ruwe glycerol bevat onzuiverheden zoals vetzuren, zouten en methanol, die de groei van bacteriën kunnen belemmeren. Zoals ruwe glycerol, slib uit afvalwater bevat ook veel van dezelfde vetzuren en zouten. Chu zei dat de effecten van deze vetzuren op de groei van bacteriën en, bijgevolg, polyhydroxybutyraatproductie was nog niet onderzocht.

"Er is een veelvoud aan bacteriesoorten die polyhydroxybutyraat maken, maar slechts een paar die kunnen overleven in omgevingen met een hoog zoutgehalte en nog minder van die stammen kunnen polyhydroxybutyraat produceren uit pure glycerol, " zei Chu. "We hebben gekeken naar de mogelijkheid of deze zouttolerante stammen ook kunnen groeien op ruwe glycerol en afvalwater."

Voor hun studie Chu en haar team kozen voor de Zobellella denitrificans ZD1, wiens natuurlijke habitat het zoute water van mangroven is. Vervolgens testten ze de groei en het vermogen van deze bacterie om polyhydroxybutyraat in pure glycerol te produceren. De onderzoekers herhaalden dezelfde experimenten ook met andere bacteriestammen die bekend staan ​​als producenten van polyhydroxybutyraat. Ze vonden dat Zobellella denitrificans DZ1 kon gedijen in pure glycerol en produceerde de maximale hoeveelheid polyhydroxybutyraat in verhouding tot zijn gewicht zonder water.

Volgende, het team testte de groei en het vermogen van Zobellella denitrificans ZD1 om polyhydroxybutyraat te produceren in glycerol dat zout en vetzuren bevat. Ze ontdekten dat zelfs in deze omstandigheden, het produceerde efficiënt polyhydroxybutyraat, zelfs onder evenwichtige voedingscondities. Toen ze de experimenten herhaalden in monsters van hoogwaardig synthetisch afvalwater en met afvalwater geactiveerd slib, ze ontdekten dat de bacteriën nog steeds polyhydroxybutyraat konden maken, hoewel in kleinere hoeveelheden dan wanneer ze in ruwe glycerol zouden zijn.

Chu merkte op dat door gebruik te maken van Zobellella denitrificans ZD1-tolerantie voor zoute omgevingen, dure sterilisatieprocessen die normaal nodig zijn bij het werken met andere bacteriestammen, kunnen worden vermeden.

" Zobellella denitrificans ZD1 natuurlijke voorkeur voor zoutgehalte is fantastisch omdat we dat kunnen, indien nodig, pas de chemische samenstelling van het afval aan door gewoon keukenzout toe te voegen. Deze omgeving zou giftig zijn voor andere bacteriestammen, "zei ze. "Dus, wij bieden een lage prijs, een duurzame methode om bioplastics te maken en een andere manier om bioafval te hergebruiken dat duur is om te verwijderen."