Βιοδιασπώμενο πλαστικό ξεπερνά σε αντοχή το PET και ανοίγει τον δρόμο για καθαρότερη παραγωγή

Η ανθεκτικότητα του πλαστικού υπήρξε ταυτόχρονα ευλογία και κατάρα. Από τη μία, η αντοχή του υλικού το κατέστησε απαραίτητο σε δεκάδες βιομηχανίες, από τη συσκευασία μέχρι την ένδυση. Από την άλλη, η ίδια ιδιότητα είναι που το καθιστά έναν από τους μεγαλύτερους ρυπαντές του πλανήτη, αφού δύσκολα διασπάται στο περιβάλλον. Επιπλέον, το γεγονός ότι η παραγωγή του βασίζεται στο πετρέλαιο ενισχύει την εξάρτηση από μη ανανεώσιμες πηγές και γεωπολιτικές ισορροπίες.

Σε αυτό το πλαίσιο, η ανακοίνωση από το Kobe University στην Ιαπωνία δημιουργεί αισιοδοξία. Μια ομάδα βιομηχανικών μηχανικών, με επικεφαλής τον Tsutomu Tanaka, κατάφερε να αξιοποιήσει το γνωστό βακτήριο E. coli ώστε να παράγει σε μεγάλες ποσότητες μια νέα ουσία, το PDCA (πυριδενδικαρβοξυλικό οξύ). Πρόκειται για ένα βιοδιασπώμενο υλικό με μηχανικές ιδιότητες που όχι μόνο συγκρίνονται με εκείνες του PET, αλλά σε αρκετές περιπτώσεις τις ξεπερνούν.

Το επίτευγμα αυτό ξεχωρίζει για δύο λόγους. Πρώτον, η παραγωγή του PDCA έγινε σε βιοαντιδραστήρες σε συγκεντρώσεις επτά φορές υψηλότερες από όσες είχαν καταγραφεί μέχρι σήμερα. Δεύτερον, η διαδικασία δεν δημιούργησε τοξικά παραπροϊόντα, πρόβλημα που συνήθως συνοδεύει χημικές μεθόδους σύνθεσης. Όπως σημειώνει ο Tanaka, «η σημασία της δουλειάς μας βρίσκεται στο ότι δείχνουμε πως ο μεταβολισμός των κυττάρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενσωμάτωση αζώτου χωρίς την παραγωγή ανεπιθύμητων ουσιών».

Η ιδιαιτερότητα του PDCA έγκειται στο ότι περιλαμβάνει άζωτο στη χημική του δομή. Οι περισσότερες στρατηγικές παραγωγής βιοπλαστικών περιορίζονται σε ενώσεις που συνδυάζουν άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο. Ωστόσο, η εισαγωγή και άλλων στοιχείων, όπως το άζωτο, ανοίγει τον δρόμο για νέα υλικά υψηλών επιδόσεων. Μέχρι σήμερα, δεν υπήρχε αποτελεσματική βιοπαραγωγική μέθοδος για τέτοιες ενώσεις.

Η ομάδα του Kobe University αποφάσισε να κινηθεί σε διαφορετική κατεύθυνση. Αντί να στηριχθεί σε καθαρά χημικές αντιδράσεις, οι οποίες συχνά οδηγούν σε παραπροϊόντα και ρύπους, προσπάθησε να «εκπαιδεύσει» τα βακτήρια ώστε να ενσωματώνουν το άζωτο απευθείας στον μεταβολισμό τους και να συνθέτουν το PDCA από την αρχή μέχρι το τέλος. Το αποτέλεσμα δείχνει ότι οι μικροοργανισμοί μπορούν να γίνουν πραγματικά εργοστάσια παραγωγής προηγμένων υλικών.

Στην πορεία της έρευνας, οι επιστήμονες εντόπισαν ένα κρίσιμο σημείο συμφόρησης: ένα από τα ένζυμα που είχαν εισάγει παρήγαγε υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), μια ιδιαίτερα δραστική ουσία. Το H2O2 επιτίθετο στο ίδιο το ένζυμο που το παρήγαγε, αδρανοποιώντας το. Για να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα, οι ερευνητές βελτίωσαν τις συνθήκες καλλιέργειας προσθέτοντας μια ουσία που εξουδετερώνει το υπεροξείδιο. Αν και αυτή η λύση ενδέχεται να επιφέρει νέα οικονομικά και τεχνικά ζητήματα σε μεγάλη κλίμακα, αποδείχθηκε αποτελεσματική σε πειραματικό επίπεδο.

Η δημοσίευση των αποτελεσμάτων έγινε στο επιστημονικό περιοδικό Metabolic Engineering, και ήδη προκαλεί έντονο ενδιαφέρον στον χώρο της βιομηχανικής βιοτεχνολογίας. Οι ερευνητές υπογραμμίζουν ότι κάθε δυσκολία που συνάντησαν τους έδωσε και μια νέα ιδέα για βελτίωση της διαδικασίας. Η ίδια η φύση της έρευνας – να δανείζεται ένζυμα από τον μεταβολισμό του αζώτου και να τα ενσωματώνει σε μικροβιακή παραγωγή – ανοίγει τον δρόμο για την αξιοποίηση μιας ευρύτερης γκάμας μορίων μέσω βιολογικών διεργασιών.

Οι προοπτικές είναι μεγάλες. Αν η παραγωγή του PDCA μπορέσει να κλιμακωθεί σε βιομηχανικό επίπεδο, θα μπορούσε να αποτελέσει μια πραγματική εναλλακτική στο PET, το οποίο κυριαρχεί σήμερα σε μπουκάλια, συσκευασίες και υφάσματα. Το πλεονέκτημα της βιοδιάσπασης θα μείωνε δραστικά το περιβαλλοντικό αποτύπωμα, ενώ η εξάρτηση από ανανεώσιμες πρώτες ύλες, όπως η γλυκόζη, θα αποσύνδεε την παραγωγή από τις διακυμάνσεις της πετρελαϊκής αγοράς.

Ο Tanaka είναι αισιόδοξος:

Το γεγονός ότι μπορούμε να παράγουμε επαρκείς ποσότητες σε βιοαντιδραστήρες αποτελεί τη βάση για τα επόμενα βήματα προς την πρακτική εφαρμογή. Παράλληλα, το κατόρθωμά μας διευρύνει το φάσμα των μορίων που μπορούμε να συνθέσουμε μικροβιακά, αυξάνοντας ακόμη περισσότερο τις δυνατότητες της βιοπαραγωγής.

Η ανακάλυψη αυτή δεν σημαίνει ότι το πρόβλημα του πλαστικού λύθηκε. Ωστόσο, δείχνει ότι η επιστήμη κινείται με ταχύτητα προς λύσεις που δεν είναι μόνο οικολογικά φιλικές αλλά και τεχνικά ανώτερες από όσα γνωρίζουμε. Αν η μετάβαση από το εργαστήριο στη βιομηχανία αποδειχθεί εφικτή, τότε το PDCA μπορεί να βρεθεί πολύ σύντομα στην καθημερινότητά μας, αντικαθιστώντας ένα από τα πιο διαδεδομένα και προβληματικά υλικά της εποχής μας.

[via]