При стремлении потребителей к экологически чистым продуктам также увеличивается спрос на биопластики, например, на одноразовые стаканы, упаковку или пакеты для мусора. Поэтому исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) разрабатывают ресурсосберегающий и рентабельный процесс производства биопластиков: в проекте «Биоэлектропласт», финансируемом Федеральным министерством исследований, они используют микроорганизмы, которые производят полимерную полигидроксибутириновую кислоту из дымовых газов, воздуха и электричества из возобновляемых источников. Процесс микробного электросинтеза также открывает новые перспективы на будущее - например, для производства биотоплива или для накопления электроэнергии из возобновляемых источников в форме химических продуктов.
Проект, который координируется под руководством профессора Йоханнеса Гешера из Института прикладных биологических наук (IAB) в KIT, направлен на процесс производства биопластиков, который экономит ресурсы и снижает затраты. Кроме того, «Биоэлектропласт» ориентирован на использование парникового газа CO 2 в качестве недорогого сырья, доступного повсеместно, и интеграции возобновляемых источников энергии.
Микроорганизмы производят полимеры
Ученые опираются на относительно новую технологию - микробный электросинтез. Около шести лет назад исследователи в США впервые описали, как некоторые микроорганизмы растут на катоде, фиксируют СО 2 и используют катод в качестве единственного источника энергии и электронов. Химический процесс, с другой стороны, требует высоких давлений и температур, что означает высокое потребление энергии, а также дорогостоящих катализаторов. До настоящего времени, в основном, ацетаты - соли уксусной кислоты - были получены с помощью микробного электросинтеза.
«Мы оптимизировали процесс, чтобы обеспечить микроорганизмам больше энергии, чтобы они могли производить более сложные молекулы - например, полимеры», - объясняет Йоханнес Эберхард Рейнер из KIT. «Для этого мы смешиваем CO 2 с воздухом. Микроорганизмы могут затем использовать кислород в качестве акцептора электронов. Это очень похоже на процесс дыхания человека, при котором кислород также служит приемником для электронов. У людей, конечно, электроны приходят не с катода, а высвобождаются в клетках в результате метаболизма пищи, которую мы едим, а затем переносятся в кислород для производства энергии ».
Сократить парниковые газы и защитить сельскохозяйственную продукцию
Исследователи используют недавно выделенный микроорганизм, который постоянно регенерирует себя в качестве биокатализатора, и используют дымовой газ в качестве источника CO 2. Таким образом, они не только обеспечивают снижение выбросов парниковых газов, но и защищают другие источники органического углерода, которые обычно служат биотехнологическими субстратами, такими как сельскохозяйственные продукты. Это позволяет избежать конкуренции за производство продуктов питания и кормов. Ученые получают электроэнергию, необходимую для процесса «Биоэлектропласт», из восстановительных источников.
Федеральное министерство образования и научных исследований (BMBF) финансирует проект в рамках своей инициативы «CO 2 -Plus - материальное использование CO 2 для расширения сырьевой базы». Проект начался в сентябре этого года и рассчитан на три года. В дополнение к IAB партнерами являются кафедра химии воды и водных технологий профессора Харальда Хорна в Институте Энглера-Бунта (EBI) и Группа биотехнологических технологий и биосистем, возглавляемая профессором Андреасом Дотшем из Института функциональных интерфейсов (IFG) в KIT, а также Фрайбургский университет и EnBW AG. Исследователи хотят испытать свои реакторы непосредственно на угольной электростанции EnBW в Райнхафен-Карлсруэ и использовать выхлопные газы электростанции. (кДж)