Odpad z plastů? Ne! Plasty z odpadů (II.)

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 13. leden 2008

Napsal Stanislav Obruča

Využití směsných kultur

Problém však je zabránit těm ostatním hladovým bakteriím v přístupu do fermentačního média. Vyžaduje to sterilní práci, která je ve velkých objemech časově a energeticky velmi náročná a to se také promítne do ceny produktu. Proto se řada vědců pokouší, v souladu se současnými trendy, vyvinout technologie, které by nepracovali s monokulturou, ale se směsnými kulturami. Jinými slovy, by použili přírodní směs mikroorganismů a nastavili podmínky tak, aby se co nejvíce dařilo těm, o které nejvíce stojíme (těm které produkují PHA).

A protože PHA jsou produkovány celou řadou bakterií, je právě pro ně je takováto strategie výroby vhodná. Použití směsné kultury má však, kromě snížení nákladů na sterilaci a úpravu substrátu, ještě jednu neméně důležitou výhodu. Směsné bakteriální kultury mohou být aplikovány na celou řadu odpadních substrátů, některé z nich by snad dokonce pomocí čistých monokulturních kmenů ani nebylo možné využít a pracně a bez užitku by se likvidovali v čistírnách odpadních vod nebo na skládkách.

Možné odpadní substráty, které je možné zpracovat s využitím směsných kultur
Odpad z výrob bramborového škrobu	Opad ze zahrad - zelenina a ovoce
Odpad z výroby inulinu	Biologický odpad z domácnosti
Odpad z výroby sacharózy	Odpadní vody z olejářských rafinerií
Odpadní vody z pivovarů	Dřevní biomasa

Směsné bakteriální kultury umožňují využít široké spektrum  odpadních substrátů (u pevných odpadů je však fermentaci předchází složitější úprava) 

Směsné bakteriální kultury jsou velmi variabilní a také produktivní. Design výroby však musí být přizpůsoben tomu, aby v kultuře převládaly bakterie schopné PHA produkce a aby je opravdu produkovali. Protože se jedná o směsné kultury a jednotlivé bakteriální druhy přítomné ve směsné kultuře se navzájem silně ovlivňují, nelze použít jednoduché strategie zvýšení produkce, které spolehlivě fungují u monokultur (zde se nejčastěji uplatňuje limitace dusíkem nebo fosforem). Vědci však přišli na jednoduchou fintu, kterou celý proces nasměrují tam, kam je potřeba.

Tento trik se anglicky nazývá „feast and famina cycling“ což si může přeložit jako střídaní období hladu a krmení. Princip celého triku je založen na již zmíněné skutečnosti, že PHA slouží bakteriím jako zásobní forma uhlíku. Směsné bakteriální kultuře se tedy dávkuje „krmení“ postupně tak, aby vždycky chvíli nebyla k dispozici žádná potrava. Bakterie, které jsou schopné tvořit PHA mají výhodu, protože si vytvořili zásobu a krátké období strádaní snadno překonají. Tím jsou zvýhodněny PHA produkující bakterie a opakováním cyklů hladovění a krmení produkce PHA ve směsné kultuře rapidně narůstá.

Bioplasty z polystyrenu

Doposud jsme se zabývali zpracováním biologických odpadů, tedy materiálů které by se v přírodě sice bez užitku ale relativně snadno rozložili. Ovšem irští vědci z School of Biomolecular and Biomedical Science pokročili ve zpracování odpadu ještě dál. Našli způsob jak připravit PHA z polystyrenu, tedy syntetického plastu, který se v přírodě rozkládá velice pomalu.

Polystyren je materiál, který známe především ve formě pěn, ale i z nepěněného polystyrenu se vyrábí například nápojové kelímky nebo potravinové obaly. Díky svým výborným mechanickým vlastnostem se jedná o velmi rozšířený materiál. To je ovšem spojeno s jeho hromaděním na skládkách. Základní stavební jednotka polystyrenu – styren – je navíc zodpovědná za podráždění dýchacího ústrojí, svalovou slabost, poruchy centrálního nervového systému a může dokonce způsobovat narkózu. Této jedovaté látky se jen v USA (v souvislosti s výrobou rozkladem polystyrenu) uvolní do prostředí ročně přibližně 25 000 tun.

Bezpečné řešení problému odbourávání, které navrhl tým doktora Kevina O´Connora, spočívá v pyrolytickém rozkladu polystyrenu na styrenový olej (obsahuje až 83% jedovatého styrenu) a na následném podání styrenového oleje bakterii, která se nazývá Pseudomonas putida. Tato docela obvyklá půdní bakterie je schopna využít jedovatý styrenový olej jako zdroj uhlíku a je také schopná produkovat PHA. Sami vědci byly touto skutečností překvapeni. „Když jsme tu tmavě černou kapalinu bakteriím podali, mysleli jsme, že pro ně bude příliš toxická. Ale bakterie se dobře množili a ke všemu produkovaly plasty – PHA,“ říká doktor Kevin O´Connor.

 

Expert na bioenergetiku Bruce Logan z Pennsylvania State University je k celé věci poněkud pesimistický. „Nápad je to zajímavý, ale problém může představovat pyrolýza polystyrenu. Tento proces je energeticky velice náročný a navíc se v jeho průběhu mohou uvolňovat toxické produkty, který učiní celý proces mnohem méně „zeleným“.

Expert na proces pyrolýzu Walter Kaminsky z německého Institute for Technical and Macromolecular Chemistry, který na celém projektu spolupracuje, má na věc jiný názor. Řešení problému podle něj leží v redestilaci surového styrenového oleje. Takto přečištěný styrenový olej poslouží bakteriím jako potrava, zatímco vedlejší produkty budou spáleny a poskytnou energii pro proces destilace i pyrolýzy. „Vypočítali jsme energetickou bilanci pro různé materiály,“ říká Kaminsky. Podle něj je na pyrolýzu polystyrenu potřeba ~2700 kJ/kg. Spálením 10% oleje by poskytlo dost energie na proces pyrolýzy i destilace. Spalování styrenového oleje totiž  poskytuje energii 50 000 kJ/kg. Podle těchto čísel je energie více než dostatečná. Navíc celý proces je naprosto uzavřený, takže žádný toxický produkt nemůže uniknout. „Spálením zbytků po destilaci vzniká pouze oxid uhličitý a voda,“ říká Kaminsky.

V současné době se výzkumný tým doktora O´Connora zaměřil na zvýšení výtěžnosti PHA. „Nejvyšší náklady fermentačních procesů představují náklady na uhlíkatý substrát. My používáme styrenový olej, který je velice levný, protože je možné vyrobit jej z polystyrénového odpadu. Dokážu si představit systém sběru odpadu, kde by lidé ukládali použitý polystyren na určitá sběrná místa.“

Enviromentální biotechnolog Bruce Rittmann z Arizona State University říká, že ještě je potřeba celý proces přehodnotit z ekonomického hlediska. „Je to zajímavá myšlenka. Použít něco, co by jinak skončilo na skládce, k výrobě něčeho užitečného a nezávadného. Vždycky je přínosné přeměnit odpad v něco užitečného.“ Nezbývá než souhlasit.