Bakterie kluczem do zastąpienia wiecznych chemikaliów
Istnieje duże prawdopodobieństwo, że każda osoba czytająca te słowa prędzej czy później skorzysta z produktu zawierającego materiały fluorowane. Na przykład jedna czwarta wszystkich leków farmaceutycznych zawiera fluor w różnych formach, z kolei fluorowane polimery występują w różnych wyrobach, od powlekanych garnków po wodoodporne tkaniny. Jednym z powodów ich wszechstronności i popularności jest fakt, że cząsteczki fluorowane charakteryzują się doskonałą stabilnością – wiązania tworzone między atomami węgla i fluoru są niezwykle silne. Jednak to właśnie ta siła sprawia, że fluorowane substancje chemiczne są tak trudne do rozkładu i recyklingu. Gdy w związkach fluorowanych występuje wiele atomów fluoru, określa się je mianem wiecznych chemikaliów. „Te fluorowane cząsteczki są zazwyczaj wytwarzane z wyrobów petrochemicznych opartych na ropie naftowej”, wyjaśnia Pablo Iván Nikel, koordynator projektu SinFonia z ramienia Duńskiego Uniwersytetu Technicznego. „Takie substancje są niezwykle szkodliwe dla środowiska, a strumienie tych odpadów są bardzo trudne do przetworzenia”.
Bioinżynieria bakterii w celu wytwarzania polimerów
Pytanie postawione w projekcie SinFonia dotyczyło tego, czy związki fluorowane można wytwarzać w bardziej zrównoważony sposób, wykorzystując zasoby odnawialne do produkcji biodegradowalnych związków o podobnych właściwościach, co pozwoli na wykluczenie z procesu wiecznych chemikaliów. Zespół badaczy skupionych wokół projektu wpadł na pomysł bioinżynierii fabryk komórek bakteryjnych do produkcji polimerów – materiałów, z których zbudowane są tworzywa sztuczne. Pierwszym krokiem w tym procesie było zbadanie i wskazanie enzymów, które mogą łączyć atomy węgla i fluoru, tworząc organofluoryny. Badacze odkryli, że pozwala na to jedynie około 20 enzymów, co stanowi niezwykle małą liczbę. Następnym krokiem było wykorzystanie tych podstawowych fluorowanych cząsteczek do tworzenia bardziej złożonych sieci biochemicznych w komórkach. Dzięki temu procesowi badacze projektu byli w stanie wykazać, że bakterie mogą być wykorzystywane do produkcji polimerowych materiałów budulcowych.
Właściwości zgodne z konwencjonalnymi materiałami
Badacze projektu nie spoczęli jednak na laurach. „Zdaliśmy sobie sprawę, że znaczna część wszystkich fluorowanych cząsteczek wytwarzanych przez podmioty przemysłowe trafia do fluorowanych tworzyw sztucznych”, wyjaśnia Nikel. „Chcieliśmy w związku z tym sprawdzić, czy będziemy w stanie wyprodukować tworzywa sztuczne oparte na żywych komórkach, które pomimo niższego stężenia fluoru będą charakteryzowały się takimi samymi właściwościami fizycznymi jak konwencjonalne materiały fluorowe”. Badacz zauważa, że w konwencjonalnych polimerach atomy węgla są zazwyczaj nasycone fluorem. Polimery produkowane w ramach opartego na bakteriach nowatorskiego procesu opracowanego w ramach projektu SinFonia zawierają jednak znacznie mniej fluoru. „Naszemu zespołowi udało się wykazać, że choć nasze polimery produkowane w sposób zrównoważony zawierają niewielką ilość fluoru, wiele z nich wykazuje te same zalety, co silnie fluorowane materiały”, zauważa. „Było to jedno z najbardziej znaczących odkryć dokonanych w ramach projektu”.
Konsumenci chętni na zrównoważone alternatywy
Partnerzy przemysłowi będący członkami konsorcjum szybko dostrzegli potencjalną wartość rynkową nowych cząsteczek. Po zakończeniu projektu powstała spółka typu spin-off, której celem jest poszukiwanie sposobów komercjalizacji tej innowacji. Badacze skupieni wokół projektu przeprowadzili także badania rynkowe mające na celu określenie poziomu akceptacji rozwiązania ze strony konsumentów. Przeprowadzone badania wykazały, że konsumenci są w dużej mierze otwarci na stosowanie polimerów wytwarzanych z udziałem bakterii, jednocześnie wskazały świadomość problemu wiecznych chemikaliów. „Rozwiązanie wciąż znajduje się na wczesnym etapie rozwoju”, dodaje Nikel. „Musimy skonsolidować rezultaty i oczywiście zwiększyć skalę produkcji. Wykazanie działania koncepcji w laboratorium to jedna kwestia, zupełnie inną jest opłacalna produkcja dużych ilości polimerów w celu zastąpienia wiecznych chemikaliów. Jesteśmy jednak przekonani, że rezultaty prac w ramach projektu doprowadzą do zrównoważonego wykorzystania i produkcji materiałów fluorowanych”.
Słowa kluczowe
SinFonia, polimery, bakterie, substancje petrochemiczne, fluor, węgiel, tworzywa sztuczne
