I ricercatori sviluppano un processo per trasformare i rifiuti alimentari in plastica biodegradabile
Secondo il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, il 30-40% della produzione alimentare nazionale finisce per essere sprecata. Questo si traduce in miliardi di chili all'anno che marciscono nelle discariche e che emettono gas a effetto serra come il metano e l'anidride carbonica. Anche la plastica si sta accumulando in tutto il mondo, con bottiglie e sacchetti che si disintegrano e che fanno temere sempre più che le microplastiche finiscano nelle nostre riserve idriche e nel nostro corpo. Immaginate se anche solo una frazione dei nostri rifiuti alimentari potesse essere trasformata in plastica biodegradabile, risolvendo due problemi e rendendo il nostro pianeta più sano a lungo termine.
Il dottorando di Binghamton Tianzheng Liu, a sinistra, e il professore del Dipartimento di Ingegneria Biomedica Sha Jin hanno sviluppato un metodo per trasformare i rifiuti alimentari in plastica biodegradabile.
Binghamton University, State University of New York
Un team dell'Università di Binghamton, State University of New York, sta svolgendo ricerche pionieristiche su questa idea e ha recentemente pubblicato un articolo sulla rivista Bioresource Technology che offre risultati fondamentali per qualsiasi azienda interessata a scalare il processo.
Tianzheng Liu, che riceverà il dottorato in autunno, ha guidato il progetto con il sostegno del professor Sha Jin e del professore emerito e presidente della SUNY Kaiming Ye del Dipartimento di Ingegneria Biomedica del Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science della Binghamton University.
"Bioresource Technology è una rivista di alta qualità, quindi la rapida pubblicazione testimonia l'importanza di questa ricerca", ha detto Jin. "I revisori hanno commentato che 'il manoscritto dimostra un significativo merito scientifico, novità e rilevanza ambientale'".
Jin si è interessata per la prima volta ai rifiuti alimentari nel 2022, quando ha ricevuto una sovvenzione dallo Stato di New York per esplorare il problema. "Possiamo utilizzare i rifiuti alimentari come risorsa da convertire in tanti prodotti industriali, e il polimero biodegradabile è solo uno di questi", ha detto. "Il nostro obiettivo non è solo quello di valorizzare i rifiuti alimentari, ma anche di ridurre i costi di produzione di questo polimero ecologico. Ci sono anche diverse opzioni, come la generazione di biocarburanti e prodotti biochimici".
L'attuale produzione di plastica biodegradabile può essere costosa perché si basa su substrati di zucchero raffinati e colture pure di microrganismi. Nell'ambito di questa ricerca, il team di Binghamton ha alimentato i batteri Cupriavidus necator con acido lattico fermentato da rifiuti alimentari (che è servito come fonte di carbonio necessaria) e solfato di ammonio aggiuntivo (come fonte di azoto).
I batteri sintetizzano plastica poliidrossialcanoata (PHA) come mezzo per immagazzinare carbonio ed energia. Circa il 90% del PHA prodotto dai batteri può essere raccolto e trasformato in imballaggi biodegradabili e altri prodotti.
Prima di partecipare a questo progetto, l'esperienza biomedica di Liu era incentrata sulla ricerca sulle cellule staminali, quindi trovare gli elementi giusti nelle proporzioni corrette per il successo si è rivelato "pieno di sfide".
"La bioconversione dei rifiuti alimentari in acidi organici è stata relativamente facile. La coltivazione dei batteri produttori di plastica è stata difficile, perché all'inizio non avevo esperienza di fermentazione batterica per la produzione di biopolimeri", ha detto. "A ogni mossa, sentivo che qualcosa non era come mi aspettavo".
Jin è grato a Sodexo e ai servizi di ristorazione dell'Università di Binghamton per aver fornito i rifiuti alimentari utilizzati per gli esperimenti.
"Ho parlato con il responsabile della sostenibilità dell'Università e ho appreso che la SUNY non permette di smaltire i rifiuti alimentari in discarica: questa è la politica", ha detto. "Ogni campus deve risolvere il problema. A Binghamton, le mense danno il cibo sprecato agli agricoltori per nutrire il bestiame. Ho pensato che forse potremmo provare a convertire direttamente i rifiuti alimentari in plastica biodegradabile". Le pubblicazioni di ricerca riportavano poche informazioni sulla fattibilità di questa idea, quindi abbiamo pensato che forse era questa la lacuna su cui potevamo lavorare".
Il team di Binghamton ha risposto ad alcune domande fondamentali per il processo di trasformazione degli alimenti in plastica. Ad esempio, i rifiuti alimentari possono essere conservati per almeno una settimana senza effetti negativi sul processo di bioconversione, il che offre flessibilità per la raccolta su scala industriale. Il team ha anche determinato se la bioconversione dipendesse da un tipo specifico di alimento e come gestire i diversi tipi di rifiuti che un centro di raccolta potrebbe ricevere.
"Abbiamo scoperto che il processo è molto robusto, a patto di avere diversi tipi di alimenti mescolati nello stesso rapporto", ha detto Jin. "Controlliamo la temperatura e il pH durante la fermentazione e queste condizioni favoriscono la crescita dei batteri che producono acido organico".
Jin ha anche dei progetti per il residuo solido che rimane dal processo di fermentazione. Sembra una pasta, e il team la sta sviluppando per farne un fertilizzante organico come alternativa migliore alla miscela chimica standard.
Per il prossimo passo, Jin vorrebbe scalare il processo per assicurarsi che continui a funzionare come previsto con l'espansione della produzione di plastica. Ciò significa cercare altri finanziamenti o collaborare con un partner industriale.
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