Een team van Texas A&M AgriLife Research-wetenschappers heeft een systeem ontwikkeld dat gebruikmaakt van koolstofdioxide, CO₂ , om biologisch afbreekbare kunststoffen te produceren, of biokunststoffen, die de niet-afbreekbare kunststoffen die tegenwoordig worden gebruikt, zouden kunnen vervangen. Het onderzoek richt zich op twee uitdagingen:de accumulatie van niet-afbreekbare kunststoffen en de sanering van de uitstoot van broeikasgassen.

Gepubliceerd op 28 september in Chem , het onderzoek was een samenwerking van Susie Dai, Ph.D., universitair hoofddocent in de Texas A&M Department of Plant Pathology and Microbiology, en Joshua Yuan, Ph.D., voorheen met de Texas A&M Department of Plant Pathology and Microbiology als voorzitter voor synthetische biologie en hernieuwbare producten en nu Lopata professor en voorzitter aan de Washington University in St. Louis Department of Energy, Environmental and Chemical Engineering.

Bioplastics maken

Dai zei dat de op aardolie gebaseerde kunststoffen van tegenwoordig niet gemakkelijk afbreken en een enorm probleem vormen in de ecosystemen en uiteindelijk in de oceanen.

Om deze problemen aan te pakken, werkten de onderzoekers van het Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences en hun teams bijna twee jaar aan de ontwikkeling van een geïntegreerd systeem dat gebruikmaakt van CO₂ als grondstof voor bacteriën om in een voedingsoplossing te groeien en bioplastics te produceren. Peng Zhang, Ph.D., postdoctoraal onderzoeksmedewerker, en Kainan Chen, doctoraalstudent, beide in de Texas A&M Department of Plant Pathology and Microbiology, droegen bij aan het werk. Het Texas A&M University System heeft een patentaanvraag ingediend voor het geïntegreerde systeem.

"Kooldioxide is samen met bacteriën gebruikt om veel chemicaliën te produceren, waaronder bioplastics, maar dit ontwerp zorgt voor een zeer efficiënte, soepele stroom door onze koolstofdioxide-naar-bioplastics-pijpleiding," zei Dai.

"In theorie is het een soort trein met eenheden die met elkaar verbonden zijn," zei Dai. "De eerste eenheid gebruikt elektriciteit om de koolstofdioxide om te zetten in ethanol en andere twee-koolstofmoleculen - een proces dat elektrokatalyse wordt genoemd. In de tweede eenheid verbruiken de bacteriën de ethanol- en koolstofmoleculen om een ​​machine te worden om bioplastics te produceren, die verschillen van op aardolie gebaseerde plastic polymeren die moeilijker af te breken zijn."

CO₂ vastleggen en opnieuw gebruiken afval

CO₂ . gebruiken in het proces kan ook helpen de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Veel productieprocessen stoten CO₂ uit als afvalproduct.

"Als we de afvalkooldioxide kunnen opvangen, verminderen we de uitstoot van broeikasgassen en kunnen we het gebruiken als grondstof om iets te produceren," zei Dai. "Dit nieuwe platform heeft een groot potentieel om uitdagingen op het gebied van duurzaamheid aan te gaan en het toekomstige ontwerp van koolstofdioxidereductie te transformeren."

De grote kracht van het nieuwe platform is een veel snellere reactiesnelheid dan fotosynthese en een hogere energie-efficiëntie.

"We breiden de capaciteit van dit platform uit naar brede productgebieden zoals brandstoffen, basischemicaliën en diverse materialen", zei Dai. "De studie demonstreerde de blauwdruk voor 'gecarboniseerde bioproductie' die onze productiesector zou kunnen transformeren."

Toekomstige effecten uitbreiden

Dai zei op dit moment dat bioplastics duurder zijn dan op aardolie gebaseerde kunststoffen. Maar als de technologie succesvol genoeg is om bioplastics op economische schaal te produceren, kunnen industrieën traditionele plastic producten vervangen door producten die minder negatieve milieueffecten hebben. Bovendien, het verminderen van CO₂ emissies van energiesectoren zoals gas en elektrische installaties zouden ook een voordeel zijn.

"Deze innovatie opent de deur voor nieuwe producten als de bacterie is ontworpen om van koolstofdioxide afgeleide moleculen te consumeren en doelproducten te produceren," zei Dai. "Een van de voordelen van dit ontwerp is dat de bacteriën waarin ze groeien mild zijn en aanpasbaar aan de omstandigheden op industriële schaal." + Verder verkennen

Een baanbrekende ontdekking in de conversie van koolstofafvang voor de productie van ethyleen