Žádné skryté bakteriální napětí pro výrobu bioplastů z odpadních vod a odpadních vod

Sůl tolerantní bakterie s jídlem pro výrobu kalů biologicky rozložitelných plastů

Pomocí bakterie nalezené v mangrovech našli vědci z Texas A&M nízkonákladovou udržitelnou metodu pro výrobu bioplastů z odpadních vod a odpadních vod.

Spojené státy každý rok vyprodukují sedm milionů tun odpadních vod, což je dost na zaplnění 2 500 olympijských bazénů. Zatímco část tohoto odpadu se recykluje pro hnojení a jiné aplikace v půdě, dostatečné množství se stále ukládá na skládky. V nové studii objevili vědci z Texas A&M University efektivní způsob, jak využít zbylý odpad k výrobě biologicky rozložitelných plastů.

V září vydání časopisu Americká chemická společnost (ACS) Omega, vědci uvádějí, že bakterie Zobellella denitrificans ZD1, který se nachází v mangrovech, lze konzumovat v odpadech a odpadních vodách za vzniku polyhydroxybutyrátu, což je typ biopolymeru, který lze použít místo plastů na bázi ropy. Vedci tvrdí, že kromě snížení zátěže skládek a životního prostředí Zobellella denitrificans ZD1 nabízí způsob, jak snížit silniční náklady na výrobu bioplastů, což je krok k jejich zvýšení konkurenceschopnosti oproti konvenčním plastům.

Cena surovin pro chov bakterií, které vyrábějí biopolymer, představuje 25–45% celkových nákladů na výrobu bioplastů ve výrobě. Je jisté, že náklady lze výrazně snížit, pokud využijeme alternativní zdroj, který je levnější a jednodušší získat, “uvedl Kung-Hui (Bella) Chu, profesor Zachryho oddělení civilního a životního prostředí Inženýrství. Představujeme potenciální způsob, jak využít komunální odpadní vody poháněné komunálními odpadními vodami a průmyslové odpadní vody ze zemědělství a akvakultury k výrobě biologicky rozložitelných plastů. Kromě toho bakteriální bakterie nevyžaduje další sterilizační proces, aby se zabránilo kontaminaci jinými mikroby, což dále snižuje náklady na provoz a výrobu bioplastů. “

Polyhydroxybutyrát, třída bioplastů, je produkován mnoha druhy bakterií, když mají ve svém prostředí nevyváženou výživu. Tento polymer funguje jako doplněk rezervní energie pro bakterie, podobně jako zásoby živočišného tuku. Zejména nadbytek zdrojů uhlíku a vyčerpání veškerého dusíku, zápalky nebo kyslíku způsobují bakteriální spotřebu jejich zdrojů uhlíku a vytvářejí polyhydroxybutyrát jako reakci na stres.

Jedním z takových médií, které nutí bakterie vyrábět polyhydroxybutyrát, je surový glycerol, vedlejší produkt při výrobě bionafty. Surový glycerol je bohatý na uhlík a neobsahuje dusík, což z něj činí vhodnou surovinu pro výrobu bioplastů. Surový glycerol však obsahuje nečistoty, jako jsou mastné kyseliny, soli a methanol, které inhibují růst bakterií. Stejně jako surový glycerol obsahuje nečistoty z odpadních vod také mnoho stejných mastných kyselin a solí. Chu uvedl, že účinky těchto mastných kyselin na růst bakterií a následně na produkci polyhydroxybutyrátu nebyly zkoumány.

„Existuje velké množství bakteriálních druhů, které vyrábějí polyhydroxybutyrát, ale jen málo z nich existuje v prostředí s vysokým obsahem soli a dokonce i několik z těchto druhů, které produkují polyhydroxybutyrát z čistého glycerolu,“ řekl Chu. „Díváme se na možnost, že by tato povolení solí mohla růst, což by také mohlo růst v surovém glycerolu a odpadních vodách.“

Pro studium si vybral Chu a jeho tým Zobellella denitrificans ZD1, jehož přirozeným prostředím je slaná voda mangrovů. Okamžitě testovali růst a potenciál těchto bakterií tvořit polyhydroxybutyrát v čistém glycerolu. Vědci také opakovali podobné experimenty s jinými bakteriemi, o nichž je známo, že produkují polyhydroxybutyrát. Našli to Zobellella denitrificans DZ1 přežil čistý glycerol a produkoval nejvíce polyhydroxybutyrátu v poměru k jeho hmotnosti bez vody.

Dále tým testoval růst a schopnosti Zobellella denitrificans ZD1 k výrobě polylydroxybutyrátu v glycerolu obsahujícím fyziologický roztok a mastné kyseliny. Zjistili, že i za těchto podmínek dobře produkuje polyhydroxybutyrát, a to i za vyvážených nutričních podmínek. Když opakovali experimenty se vzorky silných syntetických odpadních vod a odpadů vylučovaných do odpadních vod, zjistili, že bakterie jsou stále schopny produkovat polyhydroxybutyrát, i když jejich množství bylo nižší než v surový glycerol.

Chu zdůrazňuje, že pomocí Zobellella denitrificans Propustnost ZD1 pro slaná prostředí, nákladný proces sterilizace je často vyžadován, pokud je možné se vyhnout práci s jinými typy bakterií.

“Zobellella denitrificans Přirozená touha ZD1 po slanosti je dobrá, protože v případě potřeby můžeme vylepšit chemické složení odpadu pouhým přidáním běžných solí. Toto prostředí může být toxické pro jiné druhy bakterií, “uvedl. „Nabízíme tedy nízkou cenu, udržitelný způsob výroby bioplastů a další způsoby, jak zničit biologické odpady.“

Odkaz: „Od organických odpadů po bioplasty: proveditelnost výroby nesterilního poly (3-hydroxybutyrátu) Zobellella denitrificans ZD1 ″, autor: Fahad Asiri, Chih-Hung Chen, Myung Hwangbo, Yiru Shao a Kung-Hui Chu, 17. září 2020, Americká chemická společnost Omega.
DOI: 10,1021 / acsomega.9b04002

Mezi další přispěvatele do tohoto výzkumu patří Fahad Asiri, Chih-Hung Chen, Myung Hwangbo a Yiru Shao ze stavebních a inženýrských oddělení z Texasu A&M.

Tento výzkum je podporován Kuvajtským institutem pro vědecký výzkum, Ministerstvem vysokého školství Kuvajtského společenství a mírou z Ministerstva vědy a technologie na Tchaj-wanu.