211service.com
Kunststof van gras
Bijna alle kunststoffen die tegenwoordig worden verkocht, zijn afkomstig van aardolie en zijn niet biologisch afbreekbaar. Maar onderzoekers van Metabolix in Cambridge, Massachusetts, zijn switchgrass genetisch aan het manipuleren om een biologisch afbreekbaar polymeer te produceren dat direct uit de plant kan worden geëxtraheerd.
Dat zou de economie van het maken van biologisch afbreekbare polymeren kunnen veranderen. Metabolix verkoopt al zo'n polymeer, maar het wordt geproduceerd door bacteriën die zich voeden met plantensuikers in dure fermentoren. Voor een op planten gebaseerd proces, waarbij gewassen op marginale gronden kunnen worden gebruikt, zou minder apparatuur nodig zijn.
Oliver Peoples richtte Metabolix samen met bioloog Anthony Sinskey op.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2013
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Metabolix schat dat het zijn plantaardige polymeren uiteindelijk voor minder dan de helft van de huidige prijzen kan verkopen. Waar de eindproducten van vandaag niche-items zijn, zoals biologisch afbreekbare plastic boodschappentassen, zouden meer algemeen gebruikte soorten producten en verpakkingen dan economisch kunnen worden.
De visie van plant-naar-plastic houdt Metabolix' hoofd wetenschappelijk directeur Oliver Peoples, een voormalig MIT-onderzoeker, al meer dan 20 jaar in zijn greep sinds hij en collega Anthony Sinskey, een biologieprofessor aan het MIT, metabolische genen ontdekten die ervoor zorgen dat bacteriën die in de bodem worden aangetroffen, van nature een polymeer produceren dat bekend staat als PHA. Maar nadat ze Metabolix hadden opgericht, duurde het tien jaar om metabolische systemen in de bacteriën te optimaliseren om bruikbare hoeveelheden PHA te produceren. Bij planten is dat nog moeilijker. Het is veel complexer en tijdrovender om een complexe en langzaam groeiende soort zoals switchgrass te ontwikkelen in plaats van een heel eenvoudige bacterie, zegt Peoples.
Nu werken plantwetenschappers van Metabolix opnieuw aan het inbrengen van die genen, plus andere die de groei reguleren, in planten zoals switchgrass, camelina en suikerriet. In switchgrass halen ze de plant over om een specifiek type PHA, bekend als PHB, te produceren en op te slaan in zijn weefsels, dat kan worden gebruikt om spuitgegoten producten te maken, zoals elektronicabehuizingen. Het bedrijf werkt ook aan chemische productiestappen, waaronder extractie van de PHB met behulp van oplosmiddelen, en een thermische methode om de PHB om te zetten in een chemische stof genaamd crotonzuur, die kan worden gebruikt als grondstof voor polymeren. Nadat de PHB is geëxtraheerd of het crotonzuur is geproduceerd, kunnen overblijfselen van het gras worden verbrand als een biomassa-energiebron die een lagere netto koolstofemissie produceert dan fossiele brandstoffen.
Links: In een petrischaal worden celculturen die zijn afgeleid van de zaden van switchgrass blootgesteld aan een oplossing die gemanipuleerde bacteriën bevat die nieuwe genen in de cellen overbrengen. Sommige genen, geleend van bodembacteriën, veranderen het metabolische systeem van het gras om een polymeer te produceren dat bekend staat als PHB.
Rechts: De productie van kunststoffen begint met zaden van switchgrass.
Links: In een petrischaal worden celculturen die zijn afgeleid van de zaden van switchgrass blootgesteld aan een oplossing die gemanipuleerde bacteriën bevat die nieuwe genen in de cellen overbrengen. Sommige genen, geleend van bodembacteriën, veranderen het metabolische systeem van het gras om een polymeer te produceren dat bekend staat als PHB.
Rechts: De productie van kunststoffen begint met zaden van switchgrass.
Links Met behulp van een groeimedium ontwikkelen de overlevende cellen zich tot planten waarvan de gemodificeerde genen hen in staat stellen plastic te produceren.
Rechts: De celculturen worden op een medium geplaatst dat een herbicide bevat; cellen die de nieuwe genen niet hebben opgenomen, worden gedood. (Gemodificeerde cellen bevatten een gen waarmee ze het herbicide kunnen verdragen.)
Links Met behulp van een groeimedium ontwikkelen de overlevende cellen zich tot planten waarvan de gemodificeerde genen hen in staat stellen plastic te produceren.
Rechts: De celculturen worden op een medium geplaatst dat een herbicide bevat; cellen die de nieuwe genen niet hebben opgenomen, worden gedood. (Gemodificeerde cellen bevatten een gen waarmee ze het herbicide kunnen verdragen.)
Links: Na enkele weken worden de planten overgezet in turfpellets en later overgeplant in een kas.
Rechts: Maanden later is het gemaaid en gedroogd gras klaar voor industriële processen om de PHB te extraheren.
Links: Na enkele weken worden de planten overgezet in turfpellets en later overgeplant in een kas.
Rechts: Maanden later is het gemaaid en gedroogd gras klaar voor industriële processen om de PHB te extraheren.
Turfballen in de kas van Metabolix worden bewaard in plastic zakken om de vochtigheid op peil te houden. Jonge planten worden getest om er zeker van te zijn dat ze PHB produceren. Op de achtergrond zijn rijpende grassen.
Links: In een veelbelovende methode om de PHB te herstellen en te gebruiken, wordt gesneden switchgrass eerst in een roestvrijstalen kamer geplaatst.
Rechts: De kamer (rechts op de foto) wordt vervolgens verwarmd tot 300 °C, waarbij de PHB wordt afgebroken tot een chemische stof die crotonzuur wordt genoemd.
Links: In een veelbelovende methode om de PHB te herstellen en te gebruiken, wordt gesneden switchgrass eerst in een roestvrijstalen kamer geplaatst.
Rechts: De kamer (rechts op de foto) wordt vervolgens verwarmd tot 300 °C, waarbij de PHB wordt afgebroken tot een chemische stof die crotonzuur wordt genoemd.
Het crotonzuurgas wordt opgevangen en gekoeld in een condensatieproces naast de verwarmingskamer.
Het resulterende crotonzuur, hier weergegeven, is een belangrijke grondstof voor kunststoffen en chemische producten.
In een veelbelovende methode om de PHB te herstellen en te gebruiken, wordt gehakt switchgrass eerst in een roestvrijstalen kamer geplaatst.
Links: Een ander en meer kapitaalintensief proces zou de PHB direct kunnen extraheren voor gebruik bij het maken van plastic producten. Deze methode begint door het gehakselde gras in een oplosmiddel te doen, waardoor de PHB vrijkomt.
Rechts: De resulterende vloeistof is gereserveerd.
Links: Een ander en meer kapitaalintensief proces zou de PHB direct kunnen extraheren voor gebruik bij het maken van plastic producten. Deze methode begint door het gehakselde gras in een oplosmiddel te doen, waardoor de PHB vrijkomt.
Rechts: De resulterende vloeistof is gereserveerd.
Links: Er wordt nog een oplosmiddel ingegoten.
Rechts: hierdoor kan de PHB uit de oplossing neerslaan.
Links: Er wordt nog een oplosmiddel ingegoten.
Rechts: hierdoor kan de PHB uit de oplossing neerslaan.
Metabolix berekent dat het gras 10 procent van zijn gewicht als PHB moet produceren om economisch te kunnen concurreren met andere bronnen van biologisch afbreekbare kunststoffen. Het bedrijf heeft het PHB-gehalte in switchgrass al bijna verdubbeld, van 1,2 procent in 2008 naar 2,3 procent vorig jaar, waarvan 7 procent in de bladeren. Het proces zou nog steeds enige CO2-uitstoot veroorzaken: het kweken en oogsten van planten vereist meststoffen op basis van fossiele brandstoffen en machines die op fossiele brandstoffen werken. Maar Peoples voorspelt dat het in het algemeen schoner zou zijn dan het produceren van plastic uit fossiele brandstoffen, hoewel een volledige analyse nog moet worden gedaan. Voor nu staat hij te popelen om eindelijk zijn plant-to-plastics-visie te realiseren. Dit is een bewijs van pure bloedige vastberadenheid, zegt hij.