Az éghajlatváltozás korunk legsürgetőbb kihívása, melyet az élelmiszer-hulladék keletkezése és a hagyományos, nehezen lebomló műanyagok tömeges használata tovább súlyosbít. Az ENSZ Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezetének (FAO) adatai szerint évente mintegy 1,3 milliárd tonna élelmiszer kerül a szemétbe, döntő részben hulladéklerakókba, ahol a bomlás során keletkező metán és szén-dioxid tovább növeli az üvegházhatás mértékét. Ezzel párhuzamosan a globális műanyaggyártás is egyre intenzívebbé válik, a mikroműanyagok pedig már az ivóvízben, a talajban és az élő szervezetekben is nagy számban kimutathatók.
A két probléma együttes kezelése a környezetvédelmen túl társadalmi és gazdasági szempontból sem elhanyagolható. A Binghamton Egyetem kutatócsoportja olyan biotechnológiai eljáráson dolgozik, amely képes az élelmiszer-hulladékot biológiailag lebomló műanyaggá alakítani. A módszer ipari szintű alkalmazása lehetőséget teremtene a lerakók terhelésének csökkentésére, és fenntartható alternatívát kínálna a fosszilis alapú polimerek kiváltására.
A biológiailag lebomló műanyag előállításának tudományos alapjai
A fejlesztés alapját egy mikrobiológiai folyamat adja, mely során az élelmiszer-hulladékból tejsavat állítanak elő. Ez az alapanyag egy lebomló műanyag, a PHB (polihidroxi-butirát) előállítására szolgál, ami tulajdonságaiban hasonlít a hagyományos műanyagokhoz, viszont természetes úton képes lebomlani.
Az első lépés a fermentáció (irányított erjedés), amelyet azok a mikroorganizmusok végeznek, amelyek eleve jelen vannak az élelmiszer-hulladékban. Mivel ezek „őshonos” mikrobák, nincs szükségük steril körülményekre, ami jelentősen leegyszerűsíti és olcsóbbá teszi az eljárást, akár ipari környezetben is.
A kapott tejsavat ezután egy különleges baktériummal, a Cupriavidus necator-ral dolgozzák fel. Az így keletkező anyag felhasználható csomagolásra vagy egyéb műanyagszerű termékek előállítására. A kutatók megfigyelték, hogy a legjobb eredmény akkor születik, ha a tejsavat ammónium-szulfáttal kombinálják, mivel ez az összetétel aktiválja azokat a biológiai folyamatokat, amelyek a PHB termeléséhez szükségesek. A módszerrel előállított baktériumok által termelt anyag csaknem 90%-ban tartalmazza a kívánt polimert, ami kiemelkedően jó eredménynek számít ezen a területen.
Lebomló műanyag a gyakorlatban
A Binghamton Egyetem projektje nemcsak laboratóriumi körülmények között bizonyult sikeresnek, hanem a gyakorlatban is. A fermentációs alapanyagokat az egyetem étkezési szolgáltatója biztosította, így a kutatók valós élelmiszer-maradékokat használtak fel. A hulladékot nem kellett azonnal feldolgozni: az eredmények szerint akár egy hétig is tárolható anélkül, hogy a kísérlet hatékonysága csökkenne.
A fermentáció során keletkező melléktermék – egy pasztaszerű szilárd anyag – továbbá szerves trágyaként is hasznosítható, amely kiválthatja a hagyományos, vegyi alapú műtrágyákat. Ez pedig tovább növeli a folyamat környezetre gyakorolt pozitív hatásainak listáját, mivel csökkenti a mezőgazdaság ökológiai lábnyomát.
A PHB mint alternatív csomagolóanyag
A PHB kedvező tulajdonságainak köszönhetően csomagolóanyagként is jól hasznosítható. Mechanikai jellemzői hasonlóak a polipropilénhez, ugyanakkor biológiailag képes lebomlani a talajban, az édesvízben és a tengervízben is. A PHB-ből készült fóliák, tálcák és öntött termékek megfelelő körülmények között néhány hónap alatt lebomlanak, miközben nem hagynak toxikus maradványokat maguk után. Ez különösen fontos az élelmiszeriparban, ahol a csomagolóanyagok közvetlen kapcsolatba kerülnek az élelmiszerekkel.
A technológia jövőbeli kilátásai
A kutatócsoport következő célja az eljárás ipari méretű alkalmazásának előkészítése. Ehhez nagyobb fermentációs reaktorokra, stabil hulladékellátásra és megbízható ipari partnerekre van szükség. A projekt vezetői szerint a technológia globális méretűvé nőheti ki magát, hiszen képes kezelni a változó összetételű élelmiszer-hulladékokat is, amennyiben az arányok kiegyensúlyozottak és a fermentációs paraméterek – mint a hőmérséklet és pH – megfelelően szabályozottak.
A PHB előállításának költsége jelenleg magasabb, mint a hagyományos műanyagoké, de az élelmiszer hulladék használata, valamint a sterilizálás elhagyása jelentős megtakarítást eredményezhet. Emellett a metánkibocsátás csökkentése és a műanyagszennyezés mérséklése hosszú távon gazdaságilag is megtérülhetnek.
A Binghamton Egyetem eredményei szerint az élelmiszer-hulladékban komoly potenciál rejlik — az eddig problémaként kezelt jelenséget a jövőben lehetőségként is értelmezhetjük.
Forrás: earth.com , sciencedirect.com
