Biologisch abbaubarer Kunststoff aus Methan und pflanzlicher Abfälle zu schmieden



Molly Morse ist Chief Executive Officer von Mango Materials, Inc. Dieser Artikel wurde von der US National Science Foundation für das American Institute of Chemical Engineers vorbereitet und erschien in der Ausgabe Februar 2014 von Chemical Engineering Progress. Morse beigetragen haben, diesen Artikel zu Leben Wissenschaft Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Was passiert, wenn könnten wir die Great Pacific Garbage Patch einfach verschwinden machen? Was passiert, wenn nicht Kunststoffen in Deponien ansammeln? Was passiert, wenn wir Treibhausgasemissionen senken könnte und biologisch abbaubarer Ersatz bis zu 30 Prozent der Welt-Kunststoffe ersetzen?

Forscher haben seit Jahrzehnten um diese Ziele zu erreichen versucht. Ein Ansatz war es, einen effizienten Produktionsprozess für Poly-Hydroxyalkanoate (PHA) zu entwickeln – ein biologisch abbaubares Polymer ähnlich wie Polypropylen, Kunststoffverpackungen zu machen.

Wissenschaftler an der Stanford University und ein Palo Alto, Kalifornien ansässige Start-up Unternehmen namens Mango Materialien kommen mit einer neuen Lebensweise, PHA aus Abfall Methan-Gas zu machen. Und mit Mitteln aus der US National Science Foundation, Mango Materialien schreitet den Prozess in Richtung Kommerzialisierung.

PHA ist eine biologisch abbaubare Polyester, die natürlich im Inneren einige Bakterien unter den Bedingungen der überschüssige Kohlenstoff und eingeschränkte Nährstoffverfügbarkeit produziert wird. Forscher entwickeln Prozesse zu PHA im kommerziellen Maßstab, in der Regel mit Bakterienstämme, die gentechnisch verändert wurden, um Produktion anzukurbeln und Kohlenstoffquelle Mais-basierten Zucker zu akzeptieren. Die Mikroorganismen ernähren sich von pflanzlichen Zucker und PHA zu produzieren. Die PHA ist dann getrennt von den Bakterien und zu Pellets, die in Produkte aus Kunststoff geformt werden können.

Dieser Ansatz hat jedoch mehrere Nachteile: es erfordert Verwendung von landwirtschaftlichen Flächen und andere Eingänge um Rohstoffe zu produzieren, und es konkurriert mit der Versorgung mit Lebensmitteln.

Mango Materialien Prozess nutzt Bakterien in Fermentern gezüchtet, um Methan und Sauerstoff, zusammen mit zusätzlichen Nährstoffen (Belieferung der überschüssige Kohlenstoff), in PHA zu verwandeln. Schließlich die PHA-reiche Bakterien – jetzt buchstäblich geschwollen mit PHA Granulat – sind aus dem Fermenter entfernt, und das wertvolle Polymer ist getrennt, über proprietäre Techniken aus den Bakterien. Die PHA ist dann gespült, gereinigt und getrocknet nach Bedarf.

Nachdem die Produkte aus der PHA am Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, kann der Kunststoff anaerob (ohne Luft) abgebaut werden um Methan-Gas zu produzieren. Dies schließt den Kreis und bietet ein frisches Ausgangsmaterial für PHA Produktion. Da der PHA Eigenschaften durch Variation des Copolymer-Inhalts oder mit Additiven optimiert werden können, hat Mango Materialien eine Palette von Anwendungen identifiziert.

"Wir sind derzeit auf Anwendungen, bei denen biologische Abbaubarkeit Schlüssel, konzentriert", sagt Molly Morse, CEO bei Mango Materialien. "Aber wir sind offen für alle Arten von Anwendungen und sind bestrebt, PHA-Biokunststoff auf den Markt zu bringen."

Dieser einzigartige Ansatz befasst sich mit Herausforderungen, die vorherige Versuche PHA Kommerzialisierung entgleist haben. Andere Prozesse verwenden Sie Zucker als Rohstoff Kohlenstoff, während Mango Materialien Abfall Methan verwendet – das ist deutlich günstiger als Zucker. "Mithilfe von Methangas als Ausgangsmaterial kann deutlich fahren wir hinunter Kosten der Produktion," Morse sagt.

Darüber hinaus setzt der Prozess auf eine gemischte Gemeinschaft von wilden Bakterien, die durch natürliche Selektion statt Gentechnik gewonnen werden. Mit Hilfe von wilden Bakterien, die nicht gentechnisch verändert sind, lindert einige Leute Bedenken über genetisch veränderte Organismen. Und die Verwendung von eine gemischte Gemeinschaft von wilden Bakterien reduziert Produktionskosten, denn es die Notwendigkeit entfällt, Ausrüstung zu sterilisieren.

"Das steht im Gegensatz zu den Prozessen, die viele Biotech-Unternehmen verwenden, die hochreinen erfordern, Kulturen, gentechnisch", sagt Allison Pieja, Director of Technology bei Mango Materialien. Ein weiterer ökologischer Vorteil der Prozess Sequester Methan, ein potentes Treibhausgas und wirtschaftliche Anreize für Methanerfassung an Einrichtungen wie Mülldeponien, Kläranlagen und Milchviehbetriebe.

Unbenutzte, belüftete Methan aus California Deponien (basierend auf 2010 Daten von Methan auf Märkten Partnerschaft), würde wenn als PHA Ausgangsstoffe verwendet mehr als 100 Millionen Pfund aus Kunststoff pro Jahr ergeben. (Diese Schätzung basiert auf Mango Materialien internen Berechnungen mit eigenen Zinssätze und Renditen).

Mango-Materialien hat diese Technologie überprüft und erreicht hervorragende Renditen im Labormaßstab. Feldstudien haben gezeigt, dass Methan verbrauchenden Kulturen ebenso wie auf Abfällen Biogas wachsen enthält Verunreinigungen wie Sulfide, wie bei reinem Methan. Nun, das Unternehmen dargelegt, um die gleichen Erträge bei gewerblichem Ausmaß zu erreichen. Des Unternehmens standard gewerbliche Anlagen werden dimensioniert sein, um das Methan produziert bei einer durchschnittlichen Kläranlage zu behandeln – genug um mehr als 2 Millionen Pfund pro Jahr von PHA zu produzieren.

Diese Technologie wurde durch die NSF Small Business Innovation Research (SBIR) Programm finanziert. Dieser Artikel wurde von der US National Science Foundation für das American Institute of Chemical Engineers vorbereitet und erschien in der Ausgabe Februar 2014 von Chemical Engineering Progress. Alle Experten stimmen Fragen und Debatten zu folgen – und werden Sie Teil der Diskussion – auf Facebook, Twitter und Google +. Die Meinungen sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Meinung des Herausgebers. Diese Version des Artikels erschien ursprünglich am Leben Wissenschaft.

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