Plast fra Grass

Næsten al den plast, der sælges i dag, kommer fra petroleum og er ikke biologisk nedbrydelig. Men forskere ved Metabolix i Cambridge, Massachusetts, gensplejser switchgrass til at producere en bionedbrydelig polymer, der kan udvindes direkte fra planten.

Det kunne ændre økonomien ved at lave bionedbrydelige polymerer. Metabolix sælger allerede sådan en polymer, men den er produceret af bakterier, der lever af plantesukker i dyre fermenteringsbeholdere. En plantebaseret proces, som kunne bruge afgrøder dyrket på marginale arealer, ville kræve mindre udstyr.

Oliver Peoples grundlagde Metabolix sammen med biolog Anthony Sinskey.

Denne historie var en del af vores juli 2013-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Metabolix vurderer, at det i sidste ende kunne sælge sine plantebaserede polymerer til mindre end halvdelen af ​​dagens priser. Mens nutidens slutprodukter er nichevarer som bionedbrydelige plastikindkøbsposer, kan mere udbredte typer produkter og emballage blive økonomiske.

Plante-til-plastik-visionen har grebet Metabolix' videnskabelige chef, Oliver Peoples, en tidligere MIT-forsker, i mere end 20 år, siden han og kollegaen Anthony Sinskey, en MIT-biologiprofessor, opdagede metaboliske gener, der gør det muligt for bakterier fundet i jorden at naturligt producere en polymer kendt som PHA. Men efter at de grundlagde Metabolix, tog det et årti at optimere metaboliske systemer i bakterierne til at producere nyttige mængder af PHA. Det er endnu sværere at gøre det i planter. Det er meget mere komplekst og tidskrævende at konstruere en kompleks og langsomt voksende art som switchgrass kontra en meget simpel bakterie, siger Peoples.

Nu arbejder Metabolix-planteforskere på ny på at indsætte disse gener, plus andre, der regulerer væksten, i planter, herunder switchgrass, camelina og sukkerrør. I switchgrass lokker de planten til at producere og opbevare i dens væv en specifik type PHA, kendt som PHB, der kan bruges til at fremstille sprøjtestøbte produkter såsom elektronikhuse. Virksomheden arbejder også på kemiske produktionstrin, herunder ekstraktion af PHB ved hjælp af opløsningsmidler og en termisk metode til at omdanne PHB til et kemikalie kaldet crotonsyre, som kan bruges som råmateriale til polymerer. Efter at PHB er udvundet eller crotonsyren produceret, kan rester af græsset blive brændt som en biomasseenergikilde, der producerer lavere nettokulstofemissioner end fossile brændstoffer.

Til venstre: I en petriskål udsættes cellekulturer afledt af switchgrass-frøene for en opløsning, der indeholder konstruerede bakterier, der overfører nye gener til cellerne. Nogle gener, lånt fra jordbakterier, ændrer græssets stofskiftesystem til at producere en polymer kendt som PHB.
Til højre: Plastproduktion begynder med skiftegræsfrø.

Til venstre: I en petriskål udsættes cellekulturer afledt af switchgrass-frøene for en opløsning, der indeholder konstruerede bakterier, der overfører nye gener til cellerne. Nogle gener, lånt fra jordbakterier, ændrer græssets stofskiftesystem til at producere en polymer kendt som PHB.
Til højre: Plastproduktion begynder med skiftegræsfrø.

Venstre Ved hjælp af et vækstmedium udvikler de overlevende celler sig til planter, hvis modificerede gener gør dem i stand til at producere plastik.
Til højre: Cellekulturerne placeres på et medium, der indeholder et herbicid; celler, der ikke har inkorporeret de nye gener, bliver dræbt. (Modificerede celler inkluderer et gen, der gør det muligt for dem at tolerere herbicidet.)

Venstre Ved hjælp af et vækstmedium udvikler de overlevende celler sig til planter, hvis modificerede gener gør dem i stand til at producere plastik.
Til højre: Cellekulturerne placeres på et medium, der indeholder et herbicid; celler, der ikke har inkorporeret de nye gener, bliver dræbt. (Modificerede celler inkluderer et gen, der gør det muligt for dem at tolerere herbicidet.)

Til venstre: Efter flere uger overføres planterne til tørvepiller og transplanteres senere i et drivhus.
Til højre: Måneder senere er det afklippede og tørrede græs klar til industrielle processer for at udvinde PHB.

Til venstre: Efter flere uger overføres planterne til tørvepiller og transplanteres senere i et drivhus.
Til højre: Måneder senere er det afklippede og tørrede græs klar til industrielle processer for at udvinde PHB.

Tørvekugler i Metabolix’ drivhus opbevares i plastikposer for at opretholde fugtigheden. Unge planter testes for at sikre, at de producerer PHB. I baggrunden er modne græsser.

Til venstre: I en lovende metode til at genvinde og bruge PHB'en, anbringes snittet græs først i et rustfrit stålkammer.
Til højre: Kammeret (til højre på billedet) opvarmes derefter til 300 °C, hvorved PHB'en nedbrydes til et kemikalie kaldet crotonsyre.

Til venstre: I en lovende metode til at genvinde og bruge PHB'en, anbringes snittet græs først i et rustfrit stålkammer.
Til højre: Kammeret (til højre på billedet) opvarmes derefter til 300 °C, hvorved PHB'en nedbrydes til et kemikalie kaldet crotonsyre.

Crotonsyregassen opfanges og afkøles i en kondensationsproces ved siden af ​​varmekammeret.

Den resulterende crotonsyre, vist her, er et nøgleråmateriale til plast og kemiske produkter.

I en lovende metode til at genvinde og bruge PHB'en, anbringes hakket skiftegræs først i et rustfrit stålkammer.

Til venstre: En anden og mere kapitalkrævende proces kunne direkte udvinde PHB'en til brug ved fremstilling af plastprodukter. Denne metode starter med at putte det hakkede græs i et opløsningsmiddel, som frigør PHB.
Højre: Den resulterende væske er forbeholdt.

Til venstre: En anden og mere kapitalkrævende proces kunne direkte udvinde PHB'en til brug ved fremstilling af plastprodukter. Denne metode starter med at putte det hakkede græs i et opløsningsmiddel, som frigør PHB.
Højre: Den resulterende væske er forbeholdt.

Til venstre: Endnu et opløsningsmiddel hældes i.
Til højre: Dette gør det muligt for PHB at udfælde ud af opløsningen.

Til venstre: Endnu et opløsningsmiddel hældes i.
Til højre: Dette gør det muligt for PHB at udfælde ud af opløsningen.

Metabolix beregner, at græsset skal producere 10 procent af sin vægt som PHB for at være økonomisk konkurrencedygtigt med andre kilder til bionedbrydelig plast. Virksomheden har allerede næsten fordoblet PHB-indholdet i switchgrass, fra 1,2 procent i 2008 til 2,3 procent sidste år, inklusive 7 procent i bladene. Processen ville stadig producere nogle kulstofemissioner: dyrkning og høst af planter kræver fossilt brændstof-baseret gødning og fossilt brændstof-drevne maskiner. Men Peoples forudser, at det ville være renere generelt end at producere plastik fra fossile brændstoffer, selvom en fuldstændig analyse endnu ikke er lavet. For nu er han ivrig efter endelig at realisere sin plante-til-plastik-vision. Dette er et vidnesbyrd om ren og skær ensrettethed, siger han.

skjule