Az algák felhasználásával próbálják megoldani a műanyagproblémát

Babetta L. Marrone

Képzeljük el a világunkat műanyagok nélkül – mindenütt jelen vannak, az építőipartól az elektronikán át a közlekedésig és a csomagolásig. Az általános szilárdság és tartósság teszi a műanyagot oly hasznossá, de egyben a környezetszennyezés egyik vezető tényezőjévé is.

A Kalifornia-Santa Barbara Egyetem Nemzeti Ökológiai Elemző és Szintetizáló Központjának tanulmánya szerint évente akár 13 millió tonna műanyag is kerül az óceánokba. Ez a tanulmány azt is megállapította, hogy a világszerte évente előállított 300 millió tonna műanyagnak körülbelül a felét csak egyszer használják fel. Hogy ezeket a számokat perspektívába helyezzük, 2014-ben csak az Egyesült Államokban több mint 100 milliárd műanyag italos palackot adtak el, amelyek az újrahasznosítási erőfeszítések ellenére az amerikai környezetszennyezés 14 százalékát teszik ki.

A műanyagoknak akár 1000 évbe is telhet, mire lebomlanak a hulladéklerakókban és az óceánokban. A vékonyabb műanyagok, mint például a vizes palackok, több mint 450 év alatt bomlanak le.

A probléma megoldására a Los Alamos Nemzeti Laboratórium tudósai alternatív módszert dolgoztak ki a műanyag fenntartható előállítására, amely nemcsak tartós, hanem biológiailag könnyen lebomló is.

A mai műanyagokat általában kőolajból, egy korlátozott, nem fenntartható erőforrásból származó vegyi anyagok felhasználásával állítják elő. A műanyagok szintetikusak, és jellemzően úgynevezett szerves polimerekből állnak. Az ilyen polimerek kisebb, azonos molekulákból állnak, amelyek egymáshoz kapcsolódnak. Egyes polimerek előfordulnak a természetben (a cellulóz például cukormolekulákból áll), míg másokat mesterségesen állítanak elő (mint a nejlon, a teflon és a polivinil-klorid, ismertebb nevén PVC).

Ahelyett, hogy kőolajat használnának a szintetikus műanyagok előállításához, a Los Alamos egy alternatív, környezetbarát erőforrást keres – az algákat. Az alga már most is életképes alternatív energiaforrás üzemanyagként, de alapanyagként is hasznosnak bizonyulhat biológiai alapú polimerek, közismert nevükön biopolimerek előállításához, amelyek erősek és tartósak, de gyorsabban lebomlanak, mint kőolaj alapú társaik.

Nem könnyű feladat felfedezni, hogy melyik alga a legalkalmasabb alapanyag a biopolimerek előállításához. Sokféle alga létezik, a mikroszkopikus méretűektől kezdve (mint például a kék zöld alga, vagy cianobaktérium, amelyet kékeszöld színe miatt neveznek így) a nagyméretű, több mint 100 láb hosszúra megnövő tengeri moszatokig. Annak leszűkítésére, hogy melyik típus lenne a legalkalmasabb a biológiailag lebomló műanyagok előállítására, három laboratóriumi csoport külön-külön célokat követ.

Az egyik csapat, elsősorban biológusok, az összes algafajban megtalálható biológiai jellemzőket vizsgálja. Különösen érdekli őket az egyes algák genetikai felépítése, genomja, amely tartalmazza a biopolimerek előállításához szükséges építőelemek szintéziséhez szükséges összes biológiai információt. A második, elsősorban vegyészekből álló csapat az olyan új biopolimerek felfedezéséhez, tervezéséhez és előállításához szükséges kémiai folyamatok megállapításán dolgozik, amelyek ugyanolyan erősek és tartósak, mint a kőolajalapú műanyagok, de sokkal gyorsabban lebomlanak.

Az ilyen információhegyek átfésülése évtizedekig tarthat, ezért egy harmadik csapat gépi tanulásos elemzést alkalmaz a munka felgyorsítása érdekében. A gépi tanuló algoritmusok valóban képesek az adatokból tanulni, mintákat azonosítani, és akár döntéseket is hozni, mindezt emberi részvétel nélkül.

Az algák biológiájának és polimerkémiájának gazdag és hatalmas tájképét kihasználva olyan keretet hozunk létre, amelyből a biopolimerek új generációját tervezhetjük meg, amely forradalmian új bioműanyagok alapjául szolgál. Az ilyen bioműanyagok megállíthatják az olyan problémák súlyosbodását, mint a Kalifornia partjainál található Nagy Csendes-óceáni Szemétfolt. Ez a folt, amely kétszer akkora, mint Texas, hatszor több műanyagot tartalmaz, mint tengeri élőlényt. A bioműanyagok az egyik módja annak, hogy továbbra is használhassuk a műanyagokat anélkül, hogy az elkövetkező generációk számára szennyeznénk a földet és a vizeket.”

A Los Alamos Nemzeti Laboratórium bioenergia- és biom-tudományi csoportjának vezető tudósa, Babetta L. Marrone a Los Alamos által finanszírozott új projekt, a “Biomanufaktúra intelligens adaptív vezérléssel (BioManIAC)” vezető kutatója. Emellett a Los Alamos-i bioüzemanyag-program vezetőjeként is dolgozik, és felügyeli az Energiaügyi Minisztérium Bioenergia Technológiák Irodája által finanszírozott projekteket.

Ez a cikk először a Santa Fe New Mexicanban jelent meg.