Учёные превращают пищевые отходы в биоразлагаемый пластик

Аспирант Томас Дж. Уотсон Колледжа инженерии и прикладных наук Тяньчжэн Лю (слева) и профессор биомедицинской инженерии Ша Цзинь разработали метод превращения пищевых отходов в биоразлагаемый пластик. Автор: Джонатан Коэн

Согласно данным Министерства сельского хозяйства США, от 30% до 40% продовольствия в стране превращается в отходы. Это миллиарды фунтов продуктов ежегодно, которые гниют на свалках, выделяя парниковые газы, такие как метан и углекислый газ.

Пластик также накапливается по всему миру, а разлагающиеся бутылки и пакеты вызывают растущие опасения по поводу попадания микропластика в воду и организм человека.

Теперь представьте, если бы даже часть пищевых отходов можно было превратить в биоразлагаемый пластик — это решило бы две проблемы одновременно и сделало бы нашу планету здоровее в долгосрочной перспективе.

Команда из Университета Бингемтона проводит новаторские исследования в этой области и недавно опубликовала статью в журнале Bioresource Technology, предлагая фундаментальные выводы для компаний, заинтересованных в масштабировании процесса.

Тяньчжэн Лю, который получит степень PhD этой осенью, возглавил проект при поддержке профессора Ша Цзинь и заведующего кафедрой биомедицинской инженерии Кайминга Е.

«Быстрая публикация говорит о важности этого исследования, — отметила Цзинь. — Рецензенты отметили, что „рукопись демонстрирует значительную научную ценность, новизну и экологическую актуальность“».

Цзинь заинтересовалась проблемой пищевых отходов в 2022 году и начала её изучать.

«Мы можем использовать пищевые отходы как ресурс для производства множества промышленных продуктов, и биоразлагаемые полимеры — лишь один из них, — пояснила она. — Наша цель не только утилизировать отходы, но и снизить стоимость производства этого экологичного полимера. Есть и другие варианты, например, получение биотоплива и биохимикатов».

Современное производство биоразлагаемого пластика может быть дорогим, поскольку требует очищенных сахарных субстратов и чистых культур микроорганизмов. В рамках исследования команда из Бингемтона использовала бактерии Cupriavidus necator, питая их молочной кислотой, полученной из пищевых отходов (источник углерода), и сульфатом аммония (источник азота).

Бактерии синтезируют полигидроксиалканоат (PHA) — биоразлагаемый пластик, который можно использовать для упаковки и других продуктов. Около 90% PHA, производимого бактериями, можно извлечь и переработать.

До этого проекта Лю занимался исследованиями стволовых клеток, поэтому поиск правильных пропорций для успешного процесса оказался непростой задачей.

«Биоконверсия пищевых отходов в органические кислоты была относительно простой. А вот культивирование бактерий, производящих пластик, оказалось сложным, — признался он. — На каждом шагу я сталкивался с неожиданными трудностями».

Цзинь выразила благодарность компании Sodexo и службе питания Университета Бингемтона за предоставление пищевых отходов для экспериментов.

«Я узнала, что в SUNY запрещено отправлять пищевые отходы на свалки — это политика университета, — рассказала она. — Каждый кампус должен решать проблему самостоятельно. В Бингемтоне столовые отдают отходы фермерам на корм скоту. Я подумала, что, возможно, можно напрямую превращать эти отходы в биоразлагаемый пластик. В научных публикациях почти не было информации о такой возможности, поэтому мы решили заполнить этот пробел».

Команда ответила на ключевые вопросы, связанные с процессом превращения пищи в пластик. Например, пищевые отходы можно хранить как минимум неделю без ущерба для биоконверсии, что упрощает сбор в промышленных масштабах. Также исследователи выяснили, зависит ли процесс от типа пищи и как работать с разными видами отходов.

«Мы обнаружили, что процесс очень устойчив, если смешивать разные типы пищи в одинаковых пропорциях, — пояснила Цзинь. — Мы контролируем температуру и pH во время ферментации, что способствует росту бактерий, производящих органические кислоты».

Учёные даже нашли применение твёрдым остаткам после ферментации — их можно использовать как органическое удобрение, более экологичное, чем стандартные химические смеси.

Следующим шагом станет масштабирование технологии, чтобы убедиться в её эффективности при увеличении объёмов производства пластика. Для этого команда планирует привлечь дополнительное финансирование или сотрудничать с промышленными партнёрами.

Дополнительная информация: Tianzheng Liu et al, Global transcriptomics reveals carbon footprint of food waste in the bioconversion of ecofriendly polymers, Bioresource Technology (2025). DOI: 10.1016/j.biortech.2025.132719

Источник: Binghamton University