Deșeurile alimentare: O soluție biodegradabilă pentru criza plasticului?

Americanii aruncă la gunoi cantități uluitoare de deșeuri alimentare. Departamentul de Agricultură al Statelor Unite estimează că între 30 și 40 la sută din proviziile de hrană ale națiunii nu sunt consumate niciodată. O mare parte din acestea ajung în gropile de gunoi, unde se descompun și eliberează metan și dioxid de carbon, prezintă Earth.com.

În același timp, lumea se îneacă în plastic. Sticlele, pungile și foliile se fragmentează în microplastice care se infiltrează în apă, sol și, în cele din urmă, în noi înșine.

Acum, imaginați-vă că am devia chiar și o mică parte din aceste deșeuri alimentare și le-am folosi pentru a produce plastic biodegradabil care nu va persista secole întregi. Într-un nou studiu, o echipă de cercetare de la Universitatea Binghamton (SUNY) demonstrează că acest viitor este la îndemână.

Un nou scop pentru deșeuri

Proiectul a fost condus de cercetătorul doctorand Tianzheng Liu, în colaborare cu profesorul Sha Jin și o echipă de la Colegiul de Inginerie și Științe Aplicate Thomas J. Watson.

Interesul profesorului Jin pentru deșeurile alimentare s-a intensificat în 2022, după ce a primit o subvenție de la statul New York pentru a explora noi utilizări pentru alimentele aruncate.

„Putem utiliza deșeurile alimentare ca resursă pentru a le converti în atât de multe produse industriale, iar polimerul biodegradabil este doar unul dintre ele”, a declarat ea. „Ne propunem nu doar să valorificăm deșeurile alimentare, ci și să reducem costurile de fabricație ale acestui polimer ecologic. Există, de asemenea, și alte opțiuni, cum ar fi generarea de biocarburanți și substanțe biochimice.”

Plastic din alimente și bacterii

Producția de materiale plastice biodegradabile este adesea costisitoare în prezent. Producătorii încep, de obicei, cu materii prime din zahăr rafinat și cultivă microbi în culturi pure – etape care adaugă costuri și limitează scara de producție.

Echipa de la Binghamton a abordat problema diferit. Cercetătorii au fermentat deșeuri alimentare pentru a produce acid lactic (o sursă de carbon) și au adăugat sulfat de amoniu pentru azot.

Amestecul rezultat a fost apoi hrănit bacteriei Cupriavidus necator, cunoscută pentru acumularea de carbon sub formă de polihidroxialcanoat (PHA). Celulele construiesc PHA ca granule interne de stocare. Cercetătorii pot recupera aproximativ 90% din ceea ce produc microbii și îl pot transforma în filme, ambalaje sau obiecte turnate care se biodegradează în condițiile potrivite.

De la celule stem la… nămol

Liu a venit la acest proiect având o pregătire în celule stem, așa că trecerea la microbiologia industrială a însemnat o curbă de învățare abruptă. „Bioconversia deșeurilor alimentare în acizi organici a fost relativ ușoară”, a spus el.

„Cultivarea bacteriilor producătoare de plastic a fost dificilă, deoarece la început nu aveam experiență cu fermentația bacteriană pentru producerea de biopolimeri. La fiecare pas, simțeam că ceva nu era ceea ce mă așteptam.”

Aceste frustrări au dus la ajustări ale echilibrului nutrienților, ale timpului de fermentație și ale procesului de recuperare ulterioară, care formează acum baza metodei publicate de echipă.

Cantinele se alătură misiunii

Serviciile de catering ale Universității Binghamton și contractorul alimentar Sodexo au furnizat fluxul de deșeuri care a alimentat experimentele.

„Am vorbit cu ofițerul de sustenabilitate al universității și am aflat că SUNY nu permite depozitarea deșeurilor alimentare în gropile de gunoi – aceasta este politica”, a spus ea. „Fiecare campus este așteptat să rezolve problema. La Binghamton, cantinele dau deșeurile alimentare fermierilor pentru a-și hrăni animalele.”

„M-am gândit că poate am putea încerca să convertim direct aceste deșeuri alimentare în plastic biodegradabil. Au existat puține informații în publicațiile de cercetare despre fezabilitatea acestei idei, așa că am simțit că acesta ar putea fi golul pe care am putea lucra.”

Deșeurile alimentare se dovedesc fiabile

Proiectele industriale de reciclare depind de logistică. Echipa a testat dacă era necesar să proceseze resturile alimentare colectate imediat.

Rezultatele au arătat că materialul poate sta cel puțin o săptămână fără a afecta bioconversia, oferind transportatorilor și procesatorilor o marjă de manevră.

„Am descoperit că procesul este foarte robust, atâta timp cât avem diferite tipuri de alimente amestecate în același raport”, a spus Jin. „Controlăm temperatura și pH-ul în timpul fermentației, iar aceste condiții încurajează creșterea bacteriilor producătoare de acizi organici.”

Fermentarea alimentelor produce atât solide, cât și acizi. În loc să arunce pasta rămasă, grupul lui Jin o transformă într-un îngrășământ organic care ar putea înlocui unele amestecuri sintetice. Închiderea acestui ciclu ar extrage și mai multă valoare din resturile din campus, reducând în același timp aportul de substanțe chimice pe câmpuri.

Prânzul de azi, ambalajul de mâine

Rezultatele de laborator sunt promițătoare, dar impactul real depinde de scară. Următorul obiectiv al lui Jin este să extindă procesul și să confirme că randamentele, costurile și calitatea produsului se mențin constante în reactoare mai mari și în fluxuri de deșeuri mai variabile.

În acest scop, grupul va căuta subvenții suplimentare sau un partener din industrie, pregătit să transforme resturile de la cantină în ambalaje care se compostează, în loc să persiste.

Deșeurile alimentare și deșeurile de plastic sunt două probleme masive. Această muncă sugerează că, cu microbii și ingineria potrivite, prânzul de ieri ar putea deveni ambalajul ecologic de mâine.