Команда дослідників з Університету Бінгемтона розробила новаторський процес, який перетворює харчові відходи на біорозкладний пластик. Цей прорив може революціонізувати управління відходами та виробництво екологічно чистих пластиків.
Щорічно у світі значна частина виробленої їжі марнується, що призводить до проблем зі звалищами та забруднення довкілля. У Сполучених Штатах 30-40% їжі втрачається, тоді як Франція марнує приблизно 9,4 мільйона тонн харчових продуктів щороку. Ці органічні відходи розкладаються, виділяючи метан та вуглекислий газ – потужні парникові гази. Водночас залежність від традиційного пластику призводить до екологічної кризи: мікропластик забруднює океани, ґрунт і навіть живі організми, загрожуючи екосистемам.
Дослідницька група під керівництвом Тіанжен Лю, докторанта кафедри біомедичної інженерії, запропонувала елегантне рішення: використання бактерій для перетворення харчових відходів на біорозкладний пластик. Вони обрали бактерію Cupriavidus necator, здатну синтезувати біополімери. Годуючи ці бактерії молочною кислотою, ферментованою з харчових відходів, збагаченою сульфатом амонію для азоту, вони виробляють і накопичують у своїх клітинах біопластик під назвою полігідроксіалканоат (PHA). Приблизно 90% виробленого PHA може бути зібрано та перероблено на біорозкладне пакування або інші пластикові вироби. На відміну від традиційного пластику, цей матеріал природно розкладається в навколишньому середовищі, усуваючи ризик довготривалого накопичення.
Тести показали, що процес надзвичайно толерантний до варіацій: харчові відходи можна зберігати щонайменше тиждень без впливу на кінцевий вихід продукту, що є критично важливим для промислового застосування. Природа використаної їжі також не має значення; чи то овочеві відходи, м'ясо чи крохмаль, система функціонує ефективно, доки пропорції суміші залишаються стабільними. Ця адаптивність відкриває значні перспективи для переробки різнорідних потоків відходів з їдалень та ресторанів. Залишковий пастоподібний осад після ферментації також має потенціал як органічне добриво, що ідеально ілюструє принципи циркулярної економіки, де відходи стають ресурсом.
Тіанжен Лю довелося опанувати абсолютно нові методи бактеріальної ферментації для цього проєкту. Він поділився: "На кожному кроці я відчував, що щось не так, як я очікував". Ця наполегливість принесла свої плоди, оскільки команда не тільки оптимізувала виробництво PHA, але й вирішила основні практичні проблеми, такі як зберігання відходів та стандартизація процесу, незважаючи на природну мінливість їжі.
Натхненням для цього дослідження стало розпорядження штату Нью-Йорк, яке забороняє відправляти харчові відходи на звалища, змушуючи кожен університетський кампус шукати альтернативні рішення. У Бінгемтоні їдальні традиційно віддавали свої відходи місцевим фермерам на корм худобі. Ша Цзінь, професор, яка наглядала за проєктом, побачила в цьому обмеженні можливість. "Ми могли б безпосередньо перетворювати ці харчові відходи на біорозкладний пластик", – подумала вона, – інтуїція, яка може революціонізувати промислове управління відходами. Команда зараз готується до масштабування, шукаючи промислових партнерів та фінансування для розробки пілотних установок. Якщо ця технологія виправдає свої обіцянки, вона може перетворити харчові відходи на матеріал майбутнього, остаточно примиривши екологію та економіку у взаємовигідному симбіозі.
Дослідження показують, що глобальний ринок біопластиків, який оцінювався у 15,57 мільярда доларів США у 2024 році, прогнозується до 44,77 мільярда доларів США до 2030 року, демонструючи темпи зростання 19,5%. Цей ріст зумовлений зростаючими обмеженнями на використання одноразового небіорозкладного пластику, особливо в Європі, яка домінує на ринку з часткою 43,38% у 2024 році. Зокрема, сегмент біорозкладних матеріалів становив найбільшу частку ринку (50,02%) у 2024 році, а пакувальний сегмент був найбільшим застосуванням (61,36%).
Проблема мікропластику є глобальною, оскільки ці частинки забруднюють навколишнє середовище, потрапляючи в океани, ґрунт і навіть у харчові ланцюги. Дослідження показують, що люди споживають значну кількість мікропластику щороку, що може мати непередбачувані наслідки для здоров'я. Перетворення харчових відходів на біопластик є важливим кроком до зменшення цього забруднення та створення більш стійкої моделі використання ресурсів.