Forja De Plástico Biodegradable A Partir De Metano Y Residuos Vegetales

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Con un esfuerzo mínimo, los investigadores han conseguido que las bacterias que se producen de forma natural coman residuos de metano y lo conviertan en plástico biodegradable.

Molly Morse es directora ejecutiva de Mango Materials, Inc. Este artículo fue preparado por la Fundación Nacional de Ciencias de los EE. UU. Para el Instituto Americano de Ingenieros Químicos y apareció en la edición de febrero de 2014 de Chemical Engineering Progress. Morse contribuyó este artículo a Las voces de expertos de WordsSideKick.com: Op-Ed & Insights.

¿Y si pudiéramos hacer que el Gran Parche de Basura del Pacífico simplemente desaparezca? ¿Qué pasa si los plásticos no se acumulan en los vertederos? ¿Qué pasaría si pudiéramos reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y reemplazar hasta el 30 por ciento de los plásticos del mundo con un sustituto biodegradable?

Los investigadores han intentado durante décadas lograr esos objetivos. Un enfoque fue desarrollar un proceso de producción eficiente para el polihidroxialcanoato (PHA), un polímero biodegradable similar al polipropileno utilizado para fabricar envases de plástico.

Los científicos de la Universidad de Stanford y una empresa de nueva creación con sede en Palo Alto, California, llamada Mango Materials, han ideado una nueva forma de obtener PHA a partir de gas de metano residual. Y, con el financiamiento de la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos, Mango Materials está avanzando el proceso hacia la comercialización.

Bacterias que contienen gránulos de poli-hidroxialcanoato (PHA), un polímero biodegradable similar al polipropileno utilizado para fabricar envases de plástico, dentro de sus paredes celulares bacterianas.

Bacterias que contienen gránulos de poli-hidroxialcanoato (PHA), un polímero biodegradable similar al polipropileno utilizado para fabricar envases de plástico, dentro de sus paredes celulares bacterianas.

Crédito: Mango Materials

PHA es un poliéster biodegradable que se produce naturalmente dentro de algunas bacterias en condiciones de exceso de carbono y disponibilidad limitada de nutrientes. Los investigadores están desarrollando procesos para hacer PHA a escala comercial, que típicamente involucra cepas de bacterias que han sido modificadas genéticamente para aumentar la producción y aceptar una fuente de carbono de azúcar a base de maíz. Los microorganismos se alimentan de los azúcares derivados de plantas y producen PHA. Luego, el PHA se separa de las bacterias y se convierte en gránulos que se pueden moldear en productos plásticos.

Sin embargo, ese enfoque tiene varias deficiencias: requiere el uso de tierras agrícolas y otros insumos para producir materia prima, y ​​compite con el suministro de alimentos.

Polihidroxialcanoato (PHA), un polímero biodegradable, que Mango Materials produce a partir de bacterias que consumen gas residual de metano.

Polihidroxialcanoato (PHA), un polímero biodegradable, que Mango Materials produce a partir de bacterias que consumen gas residual de metano.

Crédito: Mango Materials

El proceso de Mango Materials utiliza bacterias cultivadas en fermentadores para transformar el metano y el oxígeno, junto con nutrientes adicionales (para suministrar carbono en exceso), en PHA. Finalmente, las bacterias ricas en PHA, ahora literalmente hinchadas con gránulos de PHA, se eliminan de los fermentadores, y el polímero valioso se separa, a través de técnicas patentadas, de las bacterias. La PHA luego se enjuaga, se limpia y se seca según sea necesario.

Una vez que los productos fabricados con PHA han llegado al final de su vida útil, el plástico puede degradarse anaeróbicamente (sin aire) para producir gas metano. Esto cierra el bucle y proporciona una materia prima nueva para la producción de PHA. Debido a que las propiedades de PHA se pueden modificar variando el contenido de copolímero o con aditivos, Mango Materials ha identificado una gama de aplicaciones.

Si usted es un experto de actualidad, investigador, líder empresarial, autor o innovador, y desea contribuir con un artículo de opinión, envíenos un correo electrónico aquí.

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"Actualmente estamos enfocados en aplicaciones donde la biodegradabilidad es clave", dice Molly Morse, CEO de Mango Materials. "Sin embargo, estamos abiertos a todo tipo de aplicaciones y estamos ansiosos por llevar al mercado los bioplásticos PHA".

Este enfoque único aborda los desafíos que han descarrilado intentos anteriores en la comercialización de PHA. Otros procesos utilizan el azúcar como materia prima de carbono, mientras que Mango Materials utiliza metano residual, que es considerablemente menos costoso que el azúcar. "Al usar gas metano como materia prima, podemos reducir significativamente los costos de producción", dice Morse.

Además, el proceso se basa en una comunidad mixta de bacterias silvestres que se obtienen a través de la selección natural en lugar de la ingeniería genética. El uso de bacterias silvestres que no están alteradas genéticamente alivia las preocupaciones de algunas personas sobre los organismos modificados genéticamente. Y, el uso de una comunidad mixta de bacterias silvestres reduce los costos de producción porque elimina la necesidad de esterilizar el equipo.

Los estudiantes ayudan a configurar el bio-reactor de Mango Materials para producir

Los estudiantes ayudan a configurar el bio-reactor de Mango Materials para producir plásticos "verdes".

Crédito: Mango Materials

"Esto contrasta con los procesos que utilizan muchas empresas de biotecnología que requieren cultivos de ingeniería genética de alta pureza", dice Allison Pieja, directora de tecnología de Mango Materials. Como un beneficio ambiental adicional, el proceso retiene el metano, un potente gas de efecto invernadero, y proporciona un incentivo económico para la captura de metano en instalaciones como vertederos, plantas de tratamiento de aguas residuales y granjas lecheras.

Si se utiliza como materia prima de PHA, el metano no utilizado de los vertederos de California (según los datos de 2010 de Methane to Markets Partnership) generaría más de 100 millones de libras de plástico por año. (Esta estimación se basa en los cálculos internos de Mango Materials utilizando sus propias tasas y rendimientos).

Mango Materials ha examinado esta tecnología y ha logrado excelentes rendimientos a escala de laboratorio. Los estudios de campo han demostrado que los cultivos que consumen metano crecen igual de bien en el biogás residual, que incluye contaminantes como los sulfuros, y en el metano puro. Ahora, la compañía se propone lograr los mismos rendimientos a escala comercial.Las plantas comerciales estándar de la compañía serán dimensionadas para manejar el metano producido en una planta de tratamiento de aguas residuales promedio, suficiente para producir más de 2 millones de libras por año de PHA.

Esta tecnología fue financiada a través del programa NSF Small Business Innovation Research (SBIR). Este artículo fue preparado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. Para el Instituto Americano de Ingenieros Químicos y apareció en la edición de febrero de 2014 de Chemical Engineering Progress. Siga todos los temas y debates de Expert Voices, y forme parte de la discusión, en Facebook, Twitter y Google +. Las opiniones expresadas son las del autor y no necesariamente reflejan las opiniones del editor. Esta versión del artículo se publicó originalmente en WordsSideKick.com.


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