Utilizzare le alghe per cercare di risolvere il problema della plastica

Di Babetta L. Marrone

Immagina il nostro mondo senza la plastica – è ovunque, dall’edilizia all’elettronica, dai trasporti agli imballaggi. La forza complessiva e la durata rendono la plastica così utile, ma la rendono anche uno dei principali responsabili dell’inquinamento.

Secondo uno studio del National Center for Ecological Analysis and Synthesis della University of California-Santa Barbara, ben 13 milioni di tonnellate di plastica finiscono negli oceani ogni anno. Questo studio ha anche scoperto che circa la metà dei 300 milioni di tonnellate di plastica prodotte annualmente in tutto il mondo viene usata solo una volta. Per mettere questi numeri in prospettiva, nel 2014 i soli Stati Uniti hanno venduto più di 100 miliardi di bottiglie di plastica per bevande che rappresentano il 14% dell’inquinamento americano, nonostante gli sforzi di riciclaggio.

La plastica può impiegare fino a 1.000 anni per decomporsi nelle discariche e negli oceani. Le plastiche più sottili, come quelle usate per le bottiglie d’acqua, possono impiegare più di 450 anni per degradarsi.

Per affrontare questo problema, gli scienziati del Los Alamos National Laboratory hanno sviluppato un metodo alternativo per produrre in modo sostenibile la plastica che non solo è durevole ma è facilmente biodegradabile.

La plastica di oggi è tipicamente fatta usando prodotti chimici derivati dal petrolio, una risorsa limitata e non sostenibile. La plastica è sintetica e tipicamente consiste in quelli che sono conosciuti come polimeri organici. Tali polimeri sono fatti da piccole molecole identiche collegate tra loro. Alcuni polimeri si trovano in natura (la cellulosa, per esempio, è composta da molecole di zucchero), mentre altri sono fatti artificialmente (come il nylon, il Teflon e il cloruro di polivinile, più comunemente conosciuto come PVC).

Piuttosto che usare il petrolio per produrre plastiche sintetiche, Los Alamos sta cercando una risorsa alternativa ed ecologica – le alghe. Già una valida risorsa energetica alternativa per il carburante, le alghe possono anche rivelarsi utili come materiale di base per creare polimeri basati sulla biologia, comunemente noti come biopolimeri, che sono forti e durevoli ma si decompongono più rapidamente delle loro controparti a base di petrolio.

Scoprire quale alga è più adatta come materiale di base per la produzione di biopolimeri non è un compito facile. Ci sono molti tipi di alghe, da quelle microscopiche (come le alghe verdi blu, o cianobatteri, chiamate così per il loro colore verde-bluastro) alle grandi alghe che crescono fino a più di 30 metri di lunghezza. Per restringere quale tipo sarebbe il migliore per la produzione di plastica biodegradabile, tre squadre di laboratorio stanno perseguendo obiettivi separati.

Una squadra, principalmente biologi, sta studiando le caratteristiche biologiche trovate in ogni specie di alghe. Sono particolarmente interessati alla composizione genetica di ogni alga, il suo genoma, che contiene tutte le informazioni biologiche necessarie per sintetizzare i mattoni per fare i biopolimeri. Il secondo team, composto principalmente da chimici, sta accertando i processi chimici necessari per scoprire, progettare e produrre nuovi biopolimeri che siano forti e durevoli come le plastiche a base di petrolio, ma che si degradino molto più velocemente.

Combinare queste montagne di informazioni potrebbe richiedere molti decenni, così un terzo team sta applicando analisi di apprendimento automatico per accelerare il lavoro. Gli algoritmi di apprendimento automatico possono effettivamente imparare dai dati, identificare i modelli e anche prendere decisioni, tutto senza la partecipazione umana.

Sfruttando il ricco e vasto panorama della biologia delle alghe e della chimica dei polimeri, creeremo un quadro da cui progettare una nuova generazione di biopolimeri che serviranno come base per nuove bioplastiche rivoluzionarie. Tali bioplastiche possono smettere di aggiungere problemi come il Great Pacific Garbage Patch al largo della costa della California. Questa chiazza, grande due volte il Texas, ha sei volte più plastica che vita marina. Le bioplastiche sono un modo per continuare a usare la plastica, senza inquinare la terra e l’acqua per le generazioni a venire.

Scienziato senior per il gruppo di bioenergia e scienze del bioma al Los Alamos National Laboratory, Babetta L. Marrone è il ricercatore principale per il nuovo progetto finanziato da Los Alamos, “Biomanufacturing con controllo adattivo intelligente (BioManIAC)”. Serve anche come responsabile del programma dei biocarburanti a Los Alamos e supervisiona i progetti finanziati dall’ufficio per le tecnologie bioenergetiche del Dipartimento dell’Energia.

Questa storia è apparsa per la prima volta nel Santa Fe New Mexican.