Algen gebruiken om te proberen het plasticprobleem op te lossen

Door Babetta L. Marrone

Stelt u zich onze wereld eens voor zonder kunststoffen – ze zijn overal, van de bouw en elektronica tot transport en verpakking. De algehele sterkte en duurzaamheid maken plastic zo nuttig, maar ze maken plastic ook tot een belangrijke veroorzaker van vervuiling.

Volgens een studie van het National Center for Ecological Analysis and Synthesis van de University of California-Santa Barbara komt elk jaar maar liefst 13 miljoen ton plastic in oceanen terecht. Uit deze studie bleek ook dat ongeveer de helft van de 300 miljoen ton plastic die jaarlijks wereldwijd wordt geproduceerd, slechts één keer wordt gebruikt. Om deze cijfers in perspectief te plaatsen: in 2014 werden alleen al in de Verenigde Staten meer dan 100 miljard plastic drankflessen verkocht die verantwoordelijk zijn voor 14 procent van de Amerikaanse vervuiling, ondanks recyclinginspanningen.

Plastic kan er tot 1.000 jaar over doen om te ontbinden op stortplaatsen en in oceanen. Dunnere kunststoffen, zoals die voor waterflessen worden gebruikt, hebben meer dan 450 jaar nodig om af te breken.

Om dit probleem aan te pakken, hebben wetenschappers van het Los Alamos National Laboratory een alternatieve methode ontwikkeld om kunststof duurzaam te produceren, dat niet alleen duurzaam is, maar ook gemakkelijk biologisch afbreekbaar.

De kunststoffen van vandaag worden meestal gemaakt met chemicaliën die zijn afgeleid van aardolie, een beperkte niet-duurzame hulpbron. Kunststoffen zijn synthetisch en bestaan meestal uit zogeheten organische polymeren. Dergelijke polymeren zijn gemaakt van kleinere, identieke moleculen die aan elkaar zijn gekoppeld. Sommige polymeren komen in de natuur voor (cellulose bijvoorbeeld bestaat uit suikermoleculen), terwijl andere kunstmatig worden gemaakt (zoals nylon, teflon en polyvinylchloride, beter bekend als PVC).

In plaats van aardolie te gebruiken voor de fabricage van synthetische kunststoffen, kijkt Los Alamos naar een alternatieve, milieuvriendelijke hulpbron – algen. Algen zijn nu al een levensvatbare alternatieve energiebron voor brandstof, maar ze kunnen ook nuttig blijken als basismateriaal voor het maken van polymeren op biologische basis, beter bekend als biopolymeren, die sterk en duurzaam zijn, maar sneller worden afgebroken dan hun tegenhangers op basis van aardolie.

Ontdekken welke alg het meest geschikt is als basismateriaal voor de productie van biopolymeren is geen gemakkelijke taak. Er zijn vele soorten algen, van microscopisch kleine (zoals blauwgroene algen, of cyanobacteriën, zo genoemd vanwege hun blauwgroene kleur) tot grote zeewieren die meer dan 100 voet lang kunnen worden. Om te bepalen welke soort het meest geschikt is voor de productie van biologisch afbreekbare kunststoffen, streven drie Lab-teams afzonderlijke doelen na.

Eén team, hoofdzakelijk biologen, onderzoekt de biologische kenmerken die in elke soort algen worden aangetroffen. Zij zijn vooral geïnteresseerd in de genetische opmaak van elke alg, zijn genoom, dat alle biologische informatie bevat die nodig is om de bouwstenen voor het maken van biopolymeren te synthetiseren. Het tweede team, dat hoofdzakelijk uit scheikundigen bestaat, onderzoekt de chemische processen die nodig zijn om nieuwe biopolymeren te ontdekken, te ontwerpen en te vervaardigen die even sterk en duurzaam zijn als kunststoffen op basis van aardolie, maar veel sneller worden afgebroken.

Het doornemen van dergelijke bergen informatie zou vele tientallen jaren in beslag kunnen nemen, dus past een derde team machine-learning-analyses toe om het werk te versnellen. Machine-learning algoritmen kunnen feitelijk leren van gegevens, patronen identificeren en zelfs beslissingen nemen, allemaal zonder menselijke deelname.

Door het rijke en uitgestrekte landschap van algenbiologie en polymeerchemie te benutten, zullen we een kader creëren van waaruit een nieuwe generatie biopolymeren kan worden ontworpen die als basis dienen voor revolutionaire nieuwe bioplastics. Dergelijke bioplastics kunnen een einde maken aan problemen zoals de Great Pacific Garbage Patch voor de kust van Californië. Deze afvalberg, die twee keer zo groot is als Texas, bevat zes keer meer plastic dan zeeleven. Bioplastics zijn een manier om kunststoffen te blijven gebruiken, zonder de aarde en het water nog generaties lang te vervuilen.

Een senior wetenschapper voor de bio-energie en biome wetenschappen groep bij Los Alamos National Laboratory, Babetta L. Marrone is de hoofdonderzoeker voor het nieuwe project gefinancierd door Los Alamos, “Biomanufacturing with Intelligent Adaptive Control (BioManIAC).” Ze is ook programmamanager biobrandstoffen bij Los Alamos en houdt toezicht op projecten die worden gefinancierd door het Bureau voor bio-energietechnologieën van het Department of Energy.

Dit verhaal verscheen voor het eerst in de Santa Fe New Mexican.