科学家利用细菌制造可再生、无限循环的塑料

科学家们成功地利用微生物生产出了可回收塑料的成分，为有限的、污染环境的石化产品提供了一种环境友好型替代品。由于大多数塑料无法回收利用，而且许多塑料都是使用有限的、对环境有害的石化产品制造的，因此塑料垃圾带来了巨大的挑战。

不过，这种情况正在开始改变。研究人员最近成功地通过微生物工程技术，生产出了一种可无限循环利用的聚二酮烯醇胺塑料（PDK）的基础材料生物替代品。

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这一创新发现最近发表在《自然-可持续发展》杂志上，它是能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的三个机构：分子铸造厂、联合生物能源研究所（JBEI）和先进光源的专家们通力合作的成果。

领导该项目的分子铸造厂员工科学家布雷特-赫尔姆斯（Brett Helms）说："这是首次将生物产品整合在一起，制造出主要以生物为基础的 PDK。这也是你第一次看到，与使用石化产品相比，生物产品在材料特性和规模化生产成本方面都具有优势。"

与传统塑料不同，PDK 可以被反复分解成原始的构件，并在不降低质量的情况下制成新产品。PDK 最初使用的构件来自石油化工产品，但这些成分可以用微生物重新设计和生产。现在，经过四年的努力，合作者已经操纵大肠杆菌，将植物中的糖分转化为部分起始材料--一种被称为三乙酸内酯或 bioTAL 的分子--并生产出了生物含量约为 80% 的 PDK。

未加工的 bioTAL（左）可与其他化学品结合，加工成生物可再生、可回收的 PDK 塑料（右）。资料来源：Jeremy Demarteau/伯克利实验室

"我们已经证明，在可回收塑料中实现 100% 生物含量的途径是可行的，"参与生物聚合物开发团队的项目科学家 Jeremy Demarteau 说。"未来你会从我们身上看到这一点"。

PDK 可用于多种产品，包括粘合剂、计算机电缆或手表带等柔性物品、建筑材料以及"坚韧热固性塑料"，即通过固化工艺制成的硬质塑料。研究人员惊奇地发现，与石化版本相比，将生物 TAL 加入材料中可将其工作温度范围扩大 60 摄氏度。这为在需要特定工作温度的物品中使用 PDK 打开了大门，这些物品包括运动装备和汽车部件，如保险杠或仪表板。

据联合国环境规划署估计，全球每年产生约 4 亿吨塑料垃圾，预计到 2050 年，这一数字将攀升至 10 亿吨以上。在已经产生的 70 亿吨塑料垃圾中，只有约 10% 得到了回收利用，大部分被丢弃到垃圾填埋场或被焚烧。

加州大学伯克利分校教授、伯克利实验室生物科学领域资深科学家兼 JBEI 首席执行官杰伊-基斯林（Jay Keasling）说："我们不能继续使用日益减少的化石燃料来满足对塑料的贪得无厌的欲望。我们希望通过创造既可生物再生又可循环利用的材料来帮助解决塑料垃圾问题，并激励企业使用这些材料。这样，人们就能在需要的时候得到所需的产品，然后再将这些产品转化成新的东西。"

今天发布的这项研究还以 2021 年的一项环境和技术分析为基础，该分析表明，如果大规模生产，PDK 塑料在商业上可以与传统塑料竞争。

"我们的新成果非常令人鼓舞，"伯克利实验室能源技术领域的科学家、JBEI 副总裁 Corinne Scown 说。"我们发现，只要对生产工艺进行适度改进，我们很快就能制造出生物基 PDK 塑料，与使用化石燃料制造的塑料相比，这种塑料不仅成本更低，而且二氧化碳排放量更少。"

这些改进包括加快微生物将糖转化为生物TAL的速度，使用能转化更多植物提取的糖和其他化合物的细菌，以及用可再生能源为设备供电。

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