Nižší hladina CO2 zvyšuje mikrobiální produkci biologického plastu PHB

Vědci přišli s novým poznatkem v oblasti biotechnologií, který by mohl výrazně přispět k udržitelnému hospodaření s uhlíkem a snížení závislosti průmyslu na fosilních surovinách. Výzkum se zaměřil na produkci biologicky rozložitelného plastu označovaného jako poly[(R)-3-hydroxybutyrate], zkráceně PHB, a ukázal, že snížení hladiny oxidu uhličitého v průběhu fermentačního procesu vede k výrazně efektivnější mikrobiální produkci tohoto materiálu.

Klíčovou roli v celém procesu hrají bakterie oxidující vodík. Tyto mikroorganismy jsou schopny využívat plynné substráty jako zdroj energie a uhlíku, což z nich činí ideální kandidáty pro takzvanou plynnou fermentaci. Právě tento inovativní přístup stojí v centru nového výzkumu. Na rozdíl od klasické fermentace, která pracuje s tekutými nebo pevnými substráty, plynná fermentace umožňuje zpracovávat průmyslové odpadní plyny a přeměňovat je na hodnotné produkty, v tomto případě na biologicky rozložitelný plast.

Jedním z klíčových aspektů výzkumu je bezpečnost procesu. Experimenty probíhaly za nehořlavých plynových podmínek, což je zásadní faktor pro případné průmyslové nasazení technologie. Vodík je sám o sobě hořlavý plyn, a proto bylo nutné nastavit složení plynné směsi tak, aby bylo riziko vznícení eliminováno. Vědcům se podařilo najít takové podmínky, které jsou zároveň bezpečné a zároveň podporují optimální růst bakterií a produkci PHB.

Zásadním zjištěním výzkumu je skutečnost, že nižší koncentrace CO2 v plynné směsi paradoxně vede k vyšší efektivitě produkce biologicky rozložitelného plastu. To je poněkud překvapivý výsledek, protože oxid uhličitý slouží bakteriím jako zdroj uhlíku, a mohlo by se tedy zdát, že jeho vyšší koncentrace bude produkci podporovat. Výzkum však ukázal, že vztah mezi hladinou CO2 a mikrobiální produkcí PHB je složitější, než se původně předpokládalo, a že optimalizace tohoto parametru může přinést významné zlepšení výtěžnosti celého procesu.

Poly[(R)-3-hydroxybutyrate] patří do skupiny polyhydroxyalkanoátů, což jsou přírodní polyestery syntetizované různými mikroorganismy jako zásobní látka. Tyto plasty jsou plně biologicky rozložitelné a jejich vlastnosti jsou srovnatelné s některými konvenčními syntetickými plasty, jako je polypropylen. Na rozdíl od běžných plastů odvozených z ropy se PHB rozkládá v přírodním prostředí bez zanechání mikroplastů, což z něj činí atraktivní alternativu pro řadu průmyslových aplikací.

Dosavadní výroba PHB narážela na ekonomické překážky, protože tradiční fermentační procesy využívající cukry nebo jiné organické substráty jsou nákladné a konkurenceschopnost výsledného produktu vůči levným ropným plastům je omezená. Plynná fermentace s využitím CO2 a vodíku nabízí cestu, jak tyto náklady snížit a zároveň přispět k recyklaci uhlíku z průmyslových emisí.

Cílem výzkumu je vytvořit udržitelný systém, v němž bude oxid uhličitý zachycený z průmyslových zdrojů efektivně přeměňován na hodnotné biomateriály, čímž se uzavře uhlíkový cyklus a sníží celková ekologická zátěž výroby plastů. Tento přístup zapadá do širšího rámce cirkulární ekonomiky