Ежегодно в США тонны еды отправляются на свалки. По данным министерства сельского хозяйства, так заканчивается от 30% до 40% всего продовольствия. Еда гниет, выделяя в атмосферу метан и углекислый газ, усугубляя парниковый эффект. Параллельно другая беда — пластик. Он повсюду: разлагающиеся бутылки и пакеты превращаются в микропластик, который проникает в воду и наши организмы.

Ученые из Университета Бингемтона (США) задались вопросом: а что, если объединить эти две проблемы и решить их разом?

Превратить пищевые отходы в биопластик, который сможет безопасно разлагаться.

Их новаторское исследование, опубликованное в журнале Bioresource Technology, — это первый, но уверенный шаг к масштабированию такой технологии.

Работу возглавил аспирант Тянчжэн Лю, которому помогали профессора Ша Джин и Кайминг Йе с инженерного факультета.

Рецензенты журнала отметили, что наша рукопись демонстрирует значительную научную ценность, новизну и актуальность для экологии, — не без гордости говорит Ша Джин.

Идея использовать пищевые отходы пришла к профессору Джин в 2022 году после получения государственного гранта.

Мы можем превращать отходы в ресурс для производства множества промышленных продуктов, и биоразлагаемый пластик — лишь один из вариантов. Мы не только даем мусору вторую жизнь, но и стремимся снизить стоимость производства экологичного полимера, — объясняет она.

Обычно производство биопластика — дорогое удовольствие, так как требует чистых сахаров и специальных культур микроорганизмов. Команда из Бингемтона пошла другим путем. Они взяли обычные пищевые отходы, предоставленные университетской столовой, и сбродили их до молочной кислоты. Этой кислотой, выступавшей в роли корма, они кормили бактерии Cupriavidus necator, добавляя сульфат аммония как источник азота. В ответ бактерии в процессе своей жизнедеятельности стали производить полимер PHA — тот самый биопластик — как способ запасти углерод и энергию. В итоге около 90% этой биомассы можно собрать и переработать в упаковку или другие изделия.

Для Тянчжэна Лю, ранее занимавшегося исследованиями стволовых клеток, эта работа стала вызовом.

Превратить отходы в органические кислоты было относительно легко. А вот выращивание бактерий, производящих пластик, оказалось сложной задачей. На каждом шагу меня ждало что-то  неожиданное, — делится он.

Исследователи ответили на ключевые для промышленности вопросы:

• Срок хранения: Пищевые отходы можно хранить до недели без ущерба для процесса.
• Состав отходов: Процесс устойчив и не зависит от типа еды, главное — выдерживать примерную пропорцию смеси.
• Побочный продукт: Остаток после брожения, похожий на пасту, команда разрабатывает в качестве органического удобрения.

Следующая цель — масштабировать технологию и найти промышленного партнера для внедрения.

Реальная польза этого исследования носит двойственный, системный характер. Во-первых, оно предлагает практический инструмент для перехода к циркулярной экономике, где отходы одной отрасли (пищевой) становятся сырьем для другой (химической промышленности). Это снижает нагрузку на полигоны и напрямую сокращает выбросы парниковых газов от гниения органики. Во-вторых, и это ключевое, технология потенциально может значительно снизить себестоимость производства PHA-биопластика, который сейчас существенно дороже нефтяного. Дешевый биоразлагаемый пластик из отходов — это Святой Грааль для борьбы с пластиковым загрязнением, так как он решает главную проблему: экономическую нецелесообразность экологичных альтернатив для бизнеса и потребителей.

Основное замечание лежит в области экономики и химической инженерии. Лабораторные условия идеализированы, в то время как реальные пищевые отходы крайне нестабильны по составу (сезонность, регион, тип учреждения-источника), могут содержать следы моющих средств, тяжелых металлов или патогенов, которые могут подавлять работу бактериальных культур. Неясно, как предложенный процесс будет работать на постоянной основе в промышленном ферментере объемом в несколько кубометров, где поддерживать стерильность и постоянство параметров гораздо сложнее. Кроме того, в исследовании не приводится детального анализа энергозатратности всего цикла (сбор, транспортировка, ферментация, очистка) и его итоговой углеродной нейтральности. Без этого нельзя утверждать, что решение в целом более экологично, чем существующие аналоги.

Ранее ученые сообщили, что бактерии способны производить биопластик.