Un equipo de científicos de Texas A&M AgriLife Research ha desarrollado un sistema que utiliza dióxido de carbono, CO₂ , para producir plásticos biodegradables, o bioplásticos, que podrían reemplazar a los plásticos no degradables que se utilizan en la actualidad. La investigación aborda dos desafíos:la acumulación de plásticos no degradables y la remediación de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Publicado el 28 de septiembre en Chem , la investigación fue una colaboración de Susie Dai, Ph.D., profesora asociada en el Departamento de Fitopatología y Microbiología de Texas A&M, y Joshua Yuan, Ph.D., anteriormente en el Departamento de Fitopatología y Microbiología de Texas A&M como presidente para biología sintética y productos renovables y ahora profesor Lopata y catedrático en la Universidad de Washington en el Departamento de Ingeniería Química, Ambiental y Energética de St. Louis.

Creación de bioplásticos

Dai dijo que los plásticos a base de petróleo de hoy en día no se degradan fácilmente y crean un problema masivo en los ecosistemas y, en última instancia, en los océanos.

Para abordar estos problemas, los investigadores de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Texas A&M y sus equipos trabajaron durante casi dos años para desarrollar un sistema integrado que utiliza CO₂ como materia prima para que las bacterias crezcan en una solución nutritiva y produzcan bioplásticos. Peng Zhang, Ph.D., asociado de investigación postdoctoral, y Kainan Chen, estudiante de doctorado, ambos en el Departamento de Microbiología y Patología de Plantas de Texas A&M, contribuyeron al trabajo. El Sistema Universitario de Texas A&M ha presentado una solicitud de patente para el sistema integrado.

"El dióxido de carbono se ha utilizado junto con las bacterias para producir muchas sustancias químicas, incluidos los bioplásticos, pero este diseño produce un flujo suave y altamente eficiente a través de nuestra tubería de dióxido de carbono a bioplásticos", dijo Dai.

"En teoría, es como un tren con unidades conectadas entre sí", dijo Dai. "La primera unidad usa electricidad para convertir el dióxido de carbono en etanol y otras moléculas de dos carbonos, un proceso llamado electrocatálisis. En la segunda unidad, las bacterias consumen las moléculas de etanol y carbono para convertirse en una máquina para producir bioplásticos, que son diferentes de polímeros plásticos a base de petróleo que son más difíciles de degradar".

Capturar y reutilizar CO₂ residuos

Uso de CO₂ en el proceso también podría ayudar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Muchos procesos de fabricación emiten CO₂ como producto de desecho.

"Si podemos capturar el dióxido de carbono residual, reducimos la emisión de gases de efecto invernadero y podemos usarlo como materia prima para producir algo", dijo Dai. "Esta nueva plataforma tiene un gran potencial para abordar los desafíos de sostenibilidad y transformar el diseño futuro de reducción de dióxido de carbono".

La principal fortaleza de la nueva plataforma es una velocidad de reacción mucho más rápida que la fotosíntesis y una mayor eficiencia energética.

"Estamos ampliando la capacidad de esta plataforma a amplias áreas de productos, como combustibles, productos químicos básicos y diversos materiales", dijo Dai. "El estudio demostró el plan para la 'biofabricación descarbonizada' que podría transformar nuestro sector manufacturero".

Expansión de impactos futuros

Dai dijo que actualmente los bioplásticos son más caros que los plásticos a base de petróleo. Pero si la tecnología es lo suficientemente exitosa como para producir bioplásticos a escala económica, las industrias podrían reemplazar los productos plásticos tradicionales por otros que tengan menos impactos ambientales negativos. Además, mitigar el CO₂ las emisiones de los sectores energéticos, como las instalaciones de gas y electricidad, también serían un beneficio.

"Esta innovación abre la puerta a nuevos productos si la bacteria está diseñada para consumir moléculas derivadas del dióxido de carbono y producir productos objetivo", dijo Dai. "Una de las ventajas de este diseño es que la condición en la que crecen las bacterias es suave y se adapta a las condiciones a escala industrial". + Explora más

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