Używanie alg do próby rozwiązania problemu plastiku

By Babetta L. Marrone

Wyobraźmy sobie nasz świat bez tworzyw sztucznych – są one wszędzie, od budownictwa i elektroniki po transport i opakowania. Ogólna wytrzymałość i trwałość sprawiają, że plastik jest tak użyteczny, ale również przyczynia się do zanieczyszczenia środowiska. Według badań przeprowadzonych przez National Center for Ecological Analysis and Synthesis na University of California-Santa Barbara, aż 13 milionów ton metrycznych plastiku trafia do oceanów każdego roku. Badanie to wykazało również, że około połowa z 300 milionów ton plastiku produkowanego rocznie na świecie jest używana tylko raz. Aby umieścić te liczby w perspektywie, w 2014 roku same Stany Zjednoczone sprzedały ponad 100 miliardów plastikowych butelek na napoje, które stanowią 14 procent zanieczyszczeń Ameryki, pomimo wysiłków w zakresie recyklingu.

Plastiki mogą zająć do 1000 lat, aby rozłożyć się na składowiskach i w oceanach. Cieńsze tworzywa sztuczne, takie jak te używane do produkcji butelek na wodę, mogą potrzebować ponad 450 lat, aby ulec rozkładowi.

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z Los Alamos National Laboratory opracowali alternatywną metodę zrównoważonej produkcji tworzyw sztucznych, które są nie tylko trwałe, ale również łatwo ulegają biodegradacji.

Dzisiejsze tworzywa sztuczne są zazwyczaj wytwarzane przy użyciu chemikaliów pochodzących z ropy naftowej, ograniczonego, niezrównoważonego zasobu. Tworzywa sztuczne są syntetyczne i zazwyczaj składają się z tak zwanych polimerów organicznych. Polimery takie zbudowane są z połączonych ze sobą mniejszych, identycznych cząsteczek. Niektóre polimery występują w naturze (celuloza, na przykład, składa się z cząsteczek cukru), podczas gdy inne są wytwarzane sztucznie (jak nylon, teflon i polichlorek winylu, bardziej znany jako PVC).

Zamiast wykorzystywać ropę naftową do produkcji syntetycznych tworzyw sztucznych, Los Alamos poszukuje alternatywnego, przyjaznego dla środowiska zasobu – alg. Glony, które już teraz są opłacalnym alternatywnym źródłem energii dla paliw, mogą okazać się również przydatne jako materiał bazowy do tworzenia polimerów opartych na biologii, powszechnie znanych jako biopolimery, które są mocne i trwałe, ale rozkładają się szybciej niż ich odpowiedniki oparte na ropie naftowej.

Odkrycie, które glony najlepiej nadają się jako materiał bazowy do produkcji biopolimerów, nie jest łatwym zadaniem. Istnieje wiele rodzajów alg, od mikroskopijnych (takich jak niebieskozielone algi lub cyjanobakterie, tak zwane ze względu na niebiesko-zielony kolor) do dużych wodorostów, które osiągają ponad 100 stóp długości. Aby zawęzić, który typ byłby najlepszy do produkcji biodegradowalnych tworzyw sztucznych, trzy zespoły Laboratorium realizują odrębne cele.

Jeden zespół, głównie biolodzy, bada cechy biologiczne znalezione w każdym gatunku alg. Szczególnie interesuje ich genetyczny makijaż każdej algi, jej genom, który zawiera wszystkie informacje biologiczne potrzebne do syntezy składników budulcowych do tworzenia biopolimerów. Drugi zespół, złożony głównie z chemików, ustala procesy chemiczne niezbędne do odkrycia, zaprojektowania i wytworzenia nowych biopolimerów, które są równie mocne i trwałe jak tworzywa sztuczne na bazie ropy naftowej, ale ulegają znacznie szybszej degradacji.

Przeczesywanie takich gór informacji może zająć wiele dziesięcioleci, dlatego trzeci zespół stosuje analizę uczenia maszynowego, aby przyspieszyć pracę. Algorytmy uczenia maszynowego mogą faktycznie uczyć się na podstawie danych, identyfikować wzorce, a nawet podejmować decyzje, a wszystko to bez udziału człowieka.

Wykorzystując bogaty i rozległy krajobraz biologii alg i chemii polimerów, stworzymy ramy, na podstawie których zaprojektujemy nową generację biopolimerów, które posłużą jako podstawa dla rewolucyjnych nowych bioplastików. Takie bioplastiki mogą przestać przyczyniać się do powstawania takich problemów jak Wielka Pacyficzna Plama Śmieci u wybrzeży Kalifornii. W tej plamie, dwukrotnie większej od powierzchni Teksasu, znajduje się sześć razy więcej plastiku niż życia morskiego. Bioplastyki są jednym ze sposobów, aby nadal używać tworzyw sztucznych, nie zanieczyszczając ziemi i wody dla przyszłych pokoleń.

Starszy naukowiec w grupie bioenergii i nauk o biosferze w Los Alamos National Laboratory, Babetta L. Marrone jest głównym badaczem nowego projektu finansowanego przez Los Alamos, „Biomanufacturing with Intelligent Adaptive Control (BioManIAC)”. Pełni ona również funkcję kierownika programu biopaliw w Los Alamos i nadzoruje projekty finansowane przez Biuro Technologii Bioenergetycznych Departamentu Energii.

Ta historia po raz pierwszy ukazała się w Santa Fe New Mexican.

.