Biologisch Abbaubarer Kunststoff Aus Methan Und Pflanzenabfällen Geschmiedet

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Mit minimalem aufwand haben die forscher natürlich vorkommende bakterien dazu gebracht, methanabfälle zu verwerten und daraus biologisch abbaubaren kunststoff zu machen.

Molly Morse ist Chief Executive Officer von Mango Materials, Inc. Dieser Artikel wurde von der US-amerikanischen National Science Foundation für das American Institute of Chemical Engineers erstellt und erschien in der Februar-Ausgabe von Chemical Engineering Progress. Morse trug diesen Artikel bei Expertenstimmen von WordsSideKick.com: Op-Ed & Insights.

Was wäre, wenn wir das Great Pacific Garbage Patch einfach verschwinden lassen könnten? Was wäre, wenn sich Kunststoffe nicht in Deponien ansammelten? Was wäre, wenn wir die Treibhausgasemissionen reduzieren und gleichzeitig bis zu 30 Prozent der Kunststoffe der Welt durch einen biologisch abbaubaren Ersatz ersetzen könnten?

Forscher haben seit Jahrzehnten versucht, diese Ziele zu erreichen. Ein Ansatz bestand darin, ein effizientes Produktionsverfahren für Polyhydroxyalkanoat (PHA) zu entwickeln - ein biologisch abbaubares Polymer, das dem für die Herstellung von Kunststoffverpackungen verwendeten Polypropylen ähnlich ist.

Wissenschaftler der Stanford University und eines in Mango Materials ansässigen Startup-Unternehmens mit Sitz in Palo Alto, Kalifornien, haben einen neuen Weg gefunden, PHA aus Methangas herzustellen. Mit der Finanzierung der US-amerikanischen National Science Foundation treibt Mango Materials den Prozess der Kommerzialisierung voran.

Bakterien enthaltende Granulate aus Polyhydroxyalkanoat (PHA) - einem biologisch abbaubaren Polymer, das dem für die Herstellung von Kunststoffverpackungen verwendeten Polypropylen ähnlich ist - in den Zellwänden seiner Bakterien.

Bakterien enthaltende Granulate aus Polyhydroxyalkanoat (PHA) - einem biologisch abbaubaren Polymer, das dem für die Herstellung von Kunststoffverpackungen verwendeten Polypropylen ähnlich ist - in den Zellwänden seiner Bakterien.

Bildnachweis: Mango Materials

PHA ist ein biologisch abbaubarer Polyester, der innerhalb einiger Bakterien unter den Bedingungen von überschüssigem Kohlenstoff und eingeschränkter Nährstoffverfügbarkeit natürlich produziert wird. Forscher entwickeln Verfahren zur Herstellung von PHA in einem kommerziellen Maßstab, typischerweise mit Bakterienstämmen, die genetisch verändert wurden, um die Produktion zu steigern und eine Kohlenstoffquelle für Maiszucker zu akzeptieren. Die Mikroorganismen ernähren sich von den pflanzlichen Zuckern und produzieren PHA. Das PHA wird dann von den Bakterien getrennt und zu Pellets verarbeitet, die zu Kunststoffprodukten geformt werden können.

Dieser Ansatz weist jedoch mehrere Mängel auf: Er erfordert die Nutzung von landwirtschaftlichen Flächen und anderen Betriebsmitteln zur Herstellung von Rohstoffen und steht im Wettbewerb mit der Nahrungsmittelversorgung.

Polyhydroxyalkanoat (PHA), ein biologisch abbaubares Polymer, das aus Bakterien hergestellt wird, die Methanabgase verbrauchen.

Polyhydroxyalkanoat (PHA), ein biologisch abbaubares Polymer, das aus Bakterien hergestellt wird, die Methanabgase verbrauchen.

Bildnachweis: Mango Materials

Das Verfahren von Mango Materials verwendet Bakterien, die in Fermentern gezüchtet werden, um Methan und Sauerstoff zusammen mit zusätzlichen Nährstoffen (um überschüssigen Kohlenstoff zuzuführen) in PHA umzuwandeln. Schließlich werden die PHA-reichen Bakterien, die nun buchstäblich mit PHA-Granulat geschwollen sind, aus den Fermentern entfernt, und das wertvolle Polymer wird durch proprietäre Techniken von den Bakterien getrennt. Das PHA wird dann nach Bedarf gespült, gereinigt und getrocknet.

Nachdem die aus dem PHA hergestellten Produkte das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, kann der Kunststoff anaerob (ohne Luft) zu Methangas abgebaut werden. Dies schließt die Schleife und stellt ein frisches Ausgangsmaterial für die PHA-Produktion bereit. Da die Eigenschaften von PHA durch Variation des Copolymergehalts oder durch Additive optimiert werden können, hat Mango Materials eine Reihe von Anwendungen identifiziert.

Wenn Sie ein Experte für aktuelle Themen sind - Forscher, Unternehmensleiter, Autor oder Innovator - und einen Beitrag leisten möchten, senden Sie uns hier eine E-Mail.

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"Wir konzentrieren uns derzeit auf Anwendungen, bei denen die biologische Abbaubarkeit von entscheidender Bedeutung ist", sagt Molly Morse, CEO von Mango Materials. "Wir sind jedoch offen für alle Arten von Anwendungen und wollen PHA-Biokunststoffe auf den Markt bringen."

Dieser einzigartige Ansatz adressiert Herausforderungen, die bisherige Versuche der PHA-Kommerzialisierung verhindert haben. Bei anderen Verfahren wird Zucker als Kohlenstoff-Rohstoff verwendet, während Mango Materials Abfall-Methan verwendet - was erheblich weniger kostet als Zucker. "Durch die Verwendung von Methangas als Ausgangsmaterial können wir die Produktionskosten erheblich senken", sagt Morse.

Darüber hinaus beruht der Prozess auf einer gemischten Gemeinschaft von Wildbakterien, die durch natürliche Selektion und nicht durch Gentechnik gewonnen werden. Die Verwendung von Wildbakterien, die nicht genetisch verändert sind, lindert die Bedenken einiger Menschen in Bezug auf gentechnisch veränderte Organismen. Die Verwendung einer gemischten Gemeinschaft wilder Bakterien senkt die Produktionskosten, da keine Sterilisationsgeräte erforderlich sind.

Studenten helfen, den Bioreaktor Mango Materials für die Produktion einzurichten

Die Studierenden helfen beim Aufbau des Bioreaktors Mango Materials zur Herstellung "grüner" Kunststoffe.

Bildnachweis: Mango Materials

"Dies steht im Gegensatz zu den Verfahren, die viele Biotech-Unternehmen verwenden, die hochreine, gentechnisch veränderte Kulturen erfordern", sagt Allison Pieja, Director Technology bei Mango Materials. Als zusätzlichen Umweltvorteil bindet das Verfahren Methan, ein starkes Treibhausgas, und bietet einen wirtschaftlichen Anreiz für die Methanabscheidung in Anlagen wie Deponien, Abwasseraufbereitungsanlagen und Milchviehbetrieben.

Das ungenutzte, belüftete Methan aus kalifornischen Deponien (basierend auf den Daten von 2010 aus der Methane-to-Markets-Partnerschaft) würde, wenn es als PHA-Ausgangsmaterial verwendet wird, mehr als 100 Millionen Pfund Kunststoff pro Jahr liefern. (Diese Schätzung basiert auf internen Berechnungen von Mango Materials unter Verwendung ihrer eigenen Zinssätze und Renditen.)

Mango Materials hat diese Technologie geprüft und im Labormaßstab hervorragende Ergebnisse erzielt. Feldstudien haben gezeigt, dass die Methan konsumierenden Kulturen auf Abfallbiogas, zu dem auch Schadstoffe wie Sulfide zählen, genauso gut wächst wie auf reinem Methan. Nun will das Unternehmen im kommerziellen Maßstab die gleichen Erträge erzielen.Die kommerziellen Standardanlagen des Unternehmens werden so dimensioniert, dass sie mit dem in einer durchschnittlichen Kläranlage erzeugten Methan umgehen können - genug, um jährlich über 2 Millionen Pfund PHA zu produzieren.

Diese Technologie wurde im Rahmen des NSF-Innovationsforschungsprogramms für kleine Unternehmen (SBIR) finanziert. Dieser Artikel wurde von der US-amerikanischen National Science Foundation für das American Institute of Chemical Engineers erstellt und erschien in der Februar-Ausgabe von Chemical Engineering Progress. Verfolgen Sie alle Fragen und Diskussionen der Expert Voices - und werden Sie Teil der Diskussion - auf Facebook, Twitter und Google +. Die geäußerten Ansichten sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten des Herausgebers wider. Diese Version des Artikels wurde ursprünglich auf WordsSideKick.com veröffentlicht.


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