Si levanta la vista de la pantalla y mira a su alrededor, es casi seguro que habrá algo hecho de plástico sintético al alcance de la mano (tal vez incluso la ropa que llevas puesta). Los seres humanos solo han estado fabricando plásticos durante unos 100 años, pero ya hemos producido alrededor de 8, 300 millones de toneladas métricas desde la década de 1950, aproximadamente el peso de 25, 000 edificios Empire State. Y, porque la gran mayoría de los plásticos no se biodegradan, Casi todo el plástico de ese siglo permanece en algún lugar del planeta Tierra, desde las entrañas de los peces y las aves marinas hasta los vertederos que envenenan el agua y la Gran Mancha de Basura del Pacífico. E incluso si no podemos verlos, los microplásticos ahora impregnan el aire que respiramos y pueden terminar en nuestros pulmones, y sus efectos sobre la salud aún no se conocen.

Los plásticos se han vuelto omnipresentes porque tienen muchas ventajas sobre los materiales naturales:pueden ser increíblemente fuertes pero livianos, pueden ser flexibles o rígidos (o ambos), son impermeables, y son baratos de fabricar y enviar. El ingrediente secreto que hace que los plásticos sean tan robustos y versátiles son los polímeros de hidrocarburos:largas cadenas de átomos de carbono e hidrógeno entrelazados cuya disposición les confiere esas valiosas propiedades. La adición de otros elementos a los hidrocarburos, como oxígeno, nitrógeno, y azufre:crea diferentes tipos de plásticos que se adaptan de manera óptima a diferentes tareas, desde el delicado polietileno de baja densidad (LDPE) utilizado para hacer envoltorios de plástico hasta el policarbonato increíblemente duradero, que es 200 veces más resistente que el vidrio.

De la panacea al problema

Los primeros plásticos fueron creados a principios del siglo XX por industriales que estaban experimentando con algunos de los subproductos producidos a partir del refinado del carbón. un combustible fósil rico en hidrocarburos. Cuando Estados Unidos entró en la Segunda Guerra Mundial en 1941, la demanda de plástico se disparó a medida que los recursos naturales escaseaban rápidamente. Los plásticos se utilizaron para fabricar suministros de guerra cruciales como paracaídas, cuerdas parabrisas, y se cansa en los grandes volúmenes que los militares necesitaban para equipar sus fuerzas. La demanda de plásticos fue tan grande que el gobierno de EE. UU. Proporcionó subsidios para alentar a las empresas a construir plantas de fabricación basadas en productos más baratos, petróleo más accesible (otro combustible fósil a base de carbono) en lugar del carbón.

Después de que terminó la guerra, Los productores de plásticos cambiaron su enfoque hacia el ámbito doméstico, promocionando alternativas de plástico como más higiénicas, barato, y moderno que los productos existentes. El plástico comenzó a reemplazar los materiales tradicionales en muchos objetos como botellas de refrescos, ropa, y embalaje, y creó productos completamente nuevos como encimeras de formica, Tupperware, y espuma de poliestireno. Parecía que casi todos los aspectos de la vida estaban destinados a plastificarse. En la década de 1960, sin embargo, los efectos de la adopción mundial de plásticos con los brazos abiertos comenzaron a dar señales de alarma. La gente empezó a notar que los escombros de plástico se lavaban en las playas, y se acumuló evidencia de que los aditivos químicos que se filtran de los productos plásticos son dañinos tanto para los seres humanos como para el medio ambiente.

A pesar de estas preocupaciones, Las alternativas más sostenibles al plástico aún no lo han reemplazado con éxito. Las empresas petroquímicas todavía reciben decenas de miles de millones de dólares en subsidios gubernamentales anualmente que mantienen baratos los plásticos derivados del petróleo. y los "bioplásticos" más ecológicos derivados de materiales biológicos representan actualmente menos del 1% del mercado total de plásticos. La mayoría de los bioplásticos se producen fermentando los almidones, azúcares y celulosa que se encuentra en las plantas para producir etanol, o ácido láctico, que luego se refina en los componentes químicos que se utilizan para fabricar plásticos. Sin embargo, Ampliar este proceso para satisfacer la demanda actual del mundo requeriría tanta tierra para cultivar las plantas necesarias que destruiríamos hábitats enteros y amenazaríamos nuestro propio suministro de alimentos.

Afortunadamente para el mundo Científicos de investigación del Instituto Wyss Shannon Nangle, Doctor. y Marika Ziesack, Doctor. están asumiendo este problema desarrollando una fuente barata de plásticos que son biodegradables, no requieren el uso de plantas en absoluto, y tienen una huella de carbono insignificante:los microbios.

Conoce a los microbios

Si bien la mayoría de nosotros pensamos en las bacterias como "insectos" que son "buenos" (los que viven en nuestros intestinos) o "malos" (los que causan infecciones), Nangle y Ziesack los ven como pequeñas fábricas que pueden diseñarse para producir los bloques de construcción de polímero de plástico de manera más fácil y sostenible que refinándolos a partir de petróleo o plantas.

"Como todos los organismos vivos, las bacterias necesitan ingerir alimentos, extraer energía y nutrientes de ella, y excretar desechos para sobrevivir. Las bacterias son muy fáciles de cultivar y controlar, por lo que los científicos han estado estudiando su funcionamiento interno durante mucho tiempo, y ahora estamos en un punto en el que podemos manipularlos genética y metabólicamente para cambiar lo que comen y lo que producen. "dijo Ziesack.

Ella y Nangle han estado experimentando con plásticos a base de microbios desde 2017, cuando se inspiraron en el proyecto Bionic Leaf que su asesor, Pamela Silver, miembro de la facultad de Wyss Core, Doctor., co-creado. Se enfocaron en un microbio específico llamado Cupriavidus necator, que absorbe hidrógeno y dióxido de carbono y utiliza un proceso llamado fermentación de gas para convertirlos en moléculas esenciales. Uno de los compuestos que produce el microbio es un polímero llamado PHB, una especie de poliéster que utiliza como forma de almacenamiento de energía. El PHB en sí no es un gran polímero para los plásticos, es muy frágil y es difícil fabricar objetos con él, pero Ziesack y Nangle han encontrado una manera de modificar el metabolismo del microbio para que produzca un poliéster similar llamado PHA. que es más flexible y ya se está investigando como una alternativa de plástico biodegradable.

"Los PHA biodegradables no son una idea nueva, pero hasta ahora nadie ha podido fabricarlos lo suficientemente baratos como para que puedan competir con los poliésteres a base de petróleo. Nuestros microbios pueden reducir drásticamente el precio de producción de estos polímeros porque los estamos alimentando con gases en lugar de costosos compuestos precursores. y estamos evitando todos los costos económicos y ambientales de la agricultura industrial que se incluyen en el precio de los bioplásticos de origen vegetal, "dijo Nangle.

Si bien los poliésteres como PHA son solo uno de los muchos tipos de polímeros que se encuentran en diferentes tipos de plástico en la actualidad, Nangle y Ziesack piensan que con la ingeniería adecuada, su sistema podría producir poliésteres con diferentes propiedades que imitan a otros tipos de polímeros. "La belleza de los PHA es que se pueden modificar ampliamente, de modo que si podemos ampliar el alcance de los compuestos que pueden producir nuestros microbios, podríamos crear materiales con características equivalentes a otras petroquímicas, aunque su estructura química es diferente, "dijo Ziesack.

Al mundo real y más allá

Animados por su éxito en el laboratorio y el potencial de su proyecto para ayudar a resolver el "problema de los plásticos en todo el mundo, "Ziesack y Nangle enviaron una solicitud de Proyecto del Instituto para su proyecto, ahora llamado Circe, y he estado trabajando con industriales, inversión, y socios de desarrollo empresarial para seguir avanzando en su tecnología técnica y comercialmente para maximizar el éxito comercial a corto plazo. Si bien lograr que su sistema funcionara en el laboratorio fue un desafío científico significativo, sacarlo del laboratorio y llevarlo a una instalación de producción es un conjunto de obstáculos completamente diferente que están superando paso a paso.

"Queremos crear un plan de negocios para un sistema que en realidad sea totalmente sostenible de principio a fin, donde hemos pensado y planificado cada etapa del ciclo de vida de un producto para que cuando un consumidor termine de usarlo, se cuidará a sí mismo [mediante la biodegradación], ", dijo Nangle." Puede ser complicado convencer a los inversores de que un experimento académico a escala de laboratorio es comercialmente viable, y recibir apoyo como Proyecto de Instituto ha sido fundamental para permitirnos demostrar que este sistema puede funcionar en el mundo real, y puede tener un impacto real ".

Los creadores de Circe incluso tienen planes sobre cómo sus microbios podrían usarse más allá del "mundo real" en lugares donde no hay combustibles fósiles ni plantas disponibles, como el espacio exterior. Un día, Estos microbios podrían transportarse a asentamientos humanos en otros planetas, donde podrían usarse para fabricar de todo, desde materiales de construcción hasta alimentos y apoyar la exploración de nuestra especie de otros mundos.

"Realmente aún no sabemos cuáles son los límites de esta tecnología, porque la fabricación de plásticos a partir de microbios a gran escala solo se ha desarrollado e implementado recientemente. Pero estamos comprometidos a llevar este proyecto tan lejos como sea posible, y si un día eso significa Marte, será asombroso, "dijo Ziesack.