פחות פחמן דו-חמצני, יותר פלסטיק מתכלה

מחקר חדש מצא כי דווקא הפחתת ריכוז הפחמן הדו-חמצני בתהליך ביוטכנולוגי מבוסס גזים יכולה לשפר משמעותית את יכולתם של מיקרואורגניזמים לייצר פלסטיק מתכלה. מדובר בפולימר בשם poly[(R)-3-hydroxybutyrate], חומר ביולוגי הנחשב חלופה מבטיחה לפלסטיקים שמקורם בנפט.

למה פחות CO2 הוביל ליותר חומר

בלב המחקר עומד תהליך של תסיסה גזית, שבו חיידקים ניזונים מתערובת גזים ומנצלים אותה לייצור תרכובות שימושיות. החוקרים בחנו חיידקים מחמצני-מימן, המסוגלים להשתמש במימן כמקור אנרגיה ובפחמן דו-חמצני כמקור פחמן. בניגוד להנחה האינטואיטיבית שלפיה יותר CO2 יוביל בהכרח ליותר ייצור, התברר כי ריכוזים נמוכים יותר של הגז שיפרו באופן ניכר את יצירת הפולימר.

המשמעות המדעית של הממצא היא שתנאי ההזנה של החיידקים חשובים לא פחות מבחירת הזן המיקרוביאלי עצמו. כאשר סביבת הגידול מותאמת טוב יותר לצרכים המטבוליים של החיידקים, ניתן להסיט יותר משאבים תאיים לייצור החומר הרצוי במקום לתהליכים מתחרים.

תהליך בטוח יותר עם פוטנציאל תעשייתי

אחת הנקודות המרכזיות במחקר היא שהחיידקים גודלו בתנאי גז בטוחים ולא דליקים. זהו היבט חשוב במיוחד כאשר עובדים עם מימן, גז בעל ערך רב בתעשייה אך גם כזה שמציב אתגרי בטיחות. היכולת להפעיל מערכת מיקרוביאלית יעילה בתנאים שאינם דליקים עשויה להקל על מעבר מהמעבדה ליישומים רחבים יותר.

לצד הבטיחות, יש כאן גם יתרון תפעולי: אם ניתן לשפר תפוקה באמצעות שינוי בריכוזי הגזים, בלי להכביד על המערכת או להוסיף שלבים כימיים מורכבים, הטכנולוגיה נעשית אטרקטיבית יותר ליישומים תעשייתיים. עבור מפעלים שמבקשים לשלב ייצור חומרים ירוקים עם שימוש בזרמי גז, מדובר בכיוון בעל פוטנציאל כלכלי וסביבתי.

איך זה משתלב במאמץ למחזור פחמן

המחקר נוגע באחת השאלות המרכזיות של הכלכלה הירוקה: כיצד לנצל פחמן דו-חמצני כחומר גלם במקום לראות בו רק פסולת או מזהם. המערכת שנבדקה מציעה דרך להפוך פחמן ממקור גזי לחומר מוצק ושימושי, במקרה זה פלסטיק מתכלה. בכך היא משתלבת במאמץ רחב יותר לפתח מסלולים ביולוגיים וכימיים שיפחיתו תלות בדלקים מאובנים.

היתרון של פלסטיק מתכלה מסוג זה הוא כפול: מצד אחד, הוא מיוצר בתהליך ביולוגי שיכול להשתלב באסטרטגיות של מחזור פחמן; מצד אחר, הוא עשוי לצמצם את העומס הסביבתי שנוצר מפלסטיקים עמידים המתפרקים לאט מאוד. לא כל פלסטיק מתכלה מתאים לכל שימוש, אך שיפור ביעילות הייצור הוא תנאי בסיסי להרחבת השימוש בו.

החוקרים סבורים שהממצאים מסמנים אסטרטגיה מבטיחה לשימוש יעיל יותר ב-CO2 ולייצור בר-קיימא של חומרים מתקדמים. המסקנה המרכזית מן העבודה היא ששליטה מדויקת בהרכב הגזים אינה רק פרט הנדסי, אלא מנוף מרכזי לשיפור התפוקה של מערכות מיקרוביאליות לייצור פלסטיק מתכלה.