Kleine deeltjes plastic, microplastics genoemd, vormen een groot aantal milieuproblemen in mariene ecosystemen en daarbuiten. Recent onderzoek heeft uitgewezen dat deze microplastics op meer plaatsen worden gevonden, en in grotere hoeveelheden dan iemand had verwacht. Nu werken onderzoekers van NC State en Cornell aan de ontwikkeling van een zelfvoorzienend systeem dat microplastics gebruikt om meer microplastics op te vangen.

"Je kunt de zee niet filteren - die is te groot, " zegt Carol Hall, hoofdonderzoeker (PI) van het onderzoeksinitiatief. "Door de omvang van het probleem moeten we revolutionaire nieuwe methoden ontwikkelen om microplastics uit zeewater te verwijderen. Dat is ons doel." Hall is de Camille Dreyfus Distinguished University Professor of Chemical and Biomolecular Engineering bij NC State en leidt het project samen met Nicholas Abbott, Tisch University hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering aan Cornell.

Het grote idee is om een ​​circulair systeem te creëren. Het uitgangspunt zou zijn het creëren van 'microreinigingsdeeltjes' waaraan microplastics zouden blijven plakken, waarschijnlijk met behulp van peptiden die zijn ontworpen door de Hall-groep en zogenaamde 'zachte dendritische materialen' die zijn ontwikkeld door het laboratorium van Orlin Velev. Velev is een co-PI van het project en de S. Frank en Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering aan NC State.

"Het idee is dat deze microreinigingsdeeltjes de microplastics zouden grijpen, op zichzelf instorten, en dan naar de oppervlakte drijven - waar je ze zou kunnen oppakken, ' zegt Velev.

De microreinigingsdeeltjes en microplastics zouden dan in een bioreactor worden gevoerd, die de microplastics zouden afbreken en de resulterende bijproducten zouden gebruiken om nieuwe microreinigingsdeeltjes (en mogelijk andere nuttige materialen) te creëren.

Hoe zou dat werken?

"De onderzoeksgemeenschap heeft al micro-organismen geïdentificeerd die plastic kunnen afbreken tot verschillende bijproducten, " zegt Nathan Crook, een co-PI op het project en assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering bij NC State. "We zijn van plan om voort te bouwen op die kennis, het modificeren van een marien micro-organisme om plastic af te breken.

"Op z'n minst, we willen dat het micro-organisme het plastic kan gebruiken als energiebron, waardoor het kan groeien en zich voortplanten, want dat zou het plastic in ieder geval omzetten in iets biologisch afbreekbaars. Maar we zijn van plan om het mariene micro-organisme aan te passen, zodat het chemicaliën produceert die we kunnen gebruiken als grondstof voor het produceren van meer microreinigingsdeeltjes. die vervolgens kunnen worden gebruikt om meer microplastics op te vangen.

"Uiteindelijk, we willen zien of we deze aanpak kunnen gebruiken om microplastics om te zetten in chemicaliën die commerciële waarde hebben voor productie- of farmaceutische toepassingen, "zegt Crook. "Letterlijk afval veranderen in iets waardevols."

Om dit complexe proces te beheersen en te optimaliseren, de groep werkt samen met Fengqi You, de Roxanne E. en Michael J. Zak Professor in Energy Systems Engineering aan Cornell, die een expert is in geavanceerde machine learning en AI-technieken.

Het werk wordt gedaan met steun van het Emerging Frontiers in Research and Innovation-programma van de National Science Foundation, onder subsidienummer 2029327. De subsidie ​​bedraagt ​​$ 2 miljoen over vier jaar.