Använda alger för att försöka lösa plastproblemet

Av Babetta L. Marrone

Föreställ dig vår värld utan plast – den finns överallt, från konstruktion och elektronik till transporter och förpackningar. Den allmänna styrkan och hållbarheten gör plasten så användbar, men den är också en av de främsta orsakerna till föroreningar.

Enligt en studie från National Center for Ecological Analysis and Synthesis vid University of California-Santa Barbara hamnar så mycket som 13 miljoner ton plast i haven varje år. Denna studie visade också att ungefär hälften av de 300 miljoner ton plast som produceras i världen årligen används endast en gång. För att sätta dessa siffror i perspektiv kan man konstatera att enbart USA under 2014 sålde mer än 100 miljarder dryckesflaskor av plast som står för 14 procent av USA:s föroreningar, trots återvinningsansträngningar.

Plast kan ta upp till 1 000 år att brytas ned på soptippar och i haven. Tunnare plaster, som de som används för vattenflaskor, kan ta mer än 450 år att brytas ner.

För att ta itu med detta problem har forskare vid Los Alamos National Laboratory utvecklat en alternativ metod för att på ett hållbart sätt tillverka plast som inte bara är hållbar utan också lätt biologiskt nedbrytbar.

Handla dagens plast tillverkas vanligen med hjälp av kemikalier som härrör från petroleum, en begränsad ohållbar resurs. Plast är syntetisk och består vanligtvis av så kallade organiska polymerer. Sådana polymerer består av mindre, identiska molekyler som är kopplade till varandra. Vissa polymerer förekommer i naturen (cellulosa består till exempel av sockermolekyler), medan andra tillverkas på konstgjord väg (som nylon, teflon och polyvinylklorid, mer känt som PVC).

Istället för att använda petroleum för att tillverka syntetiska plaster, tittar Los Alamos på en alternativ, miljövänlig resurs – alger. Alger, som redan är en livskraftig alternativ energiresurs för bränsle, kan också visa sig användbara som basmaterial för att skapa biobaserade polymerer, allmänt kända som biopolymerer, som är starka och hållbara men bryts ner snabbare än sina petroleumbaserade motsvarigheter.

Att upptäcka vilka alger som är bäst lämpade som basmaterial för tillverkning av biopolymerer är ingen lätt uppgift. Det finns många typer av alger, från de mikroskopiska (som blågrönalger eller cyanobakterier, som kallas så på grund av sin blågröna färg) till stora alger som blir mer än 30 meter långa. För att begränsa vilken typ som skulle vara bäst för tillverkning av biologiskt nedbrytbar plast arbetar tre labbgrupper med olika mål.

En grupp, som främst består av biologer, undersöker de biologiska egenskaper som finns i alla arter av alger. De är särskilt intresserade av varje algs genetiska sammansättning, dess genom, som innehåller all den biologiska information som behövs för att syntetisera byggstenarna för att tillverka biopolymerer. Den andra gruppen, främst kemister, fastställer de kemiska processer som krävs för att upptäcka, utforma och tillverka nya biopolymerer som är lika starka och hållbara som petroleumbaserade plaster men som bryts ned mycket snabbare.

Att kamma igenom sådana berg av information kan ta flera decennier, så en tredje grupp tillämpar maskininlärningsanalyser för att skynda på arbetet. Maskininlärningsalgoritmer kan faktiskt lära sig av data, identifiera mönster och till och med fatta beslut, allt utan mänsklig medverkan.

Då vi utnyttjar det rika och vidsträckta landskapet av algbiologi och polymerkemi kommer vi att skapa ett ramverk från vilket vi kan utforma en ny generation av biopolymerer som kan ligga till grund för revolutionerande nya bioplaster. Sådana bioplaster kan sluta bidra till problem som den stora soptippen i Stilla havet utanför Kaliforniens kust. Denna fläck, som är dubbelt så stor som Texas, innehåller sex gånger mer plast än havsliv. Bioplaster är ett sätt att fortsätta att använda plast utan att förorena jorden och vattnet för kommande generationer.

Babetta L. Marrone, som är seniorforskare i gruppen för bioenergi och biovetenskap vid Los Alamos National Laboratory, är huvudansvarig för det nya projekt som finansieras av Los Alamos, ”Biomanufacturing with Intelligent Adaptive Control (BioManIAC)”. Hon är också programchef för biobränslen vid Los Alamos och övervakar projekt som finansieras av energidepartementets Bioenergy Technologies Office.

Denna artikel publicerades först i Santa Fe New Mexican.