المصدر: Berkeley Lab
الفكرة الأساسية
ابتكرت شركة "Mango Materials" طريقة لتحويل غاز الميثان*، وهو غاز دفيئ قوي، إلى بوليمر* قابل للتحلل يسمى "بولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*"، والذي يمكن استخدامه لصنع منتجات صديقة للبيئة بديلة للبلاستيك التقليدي، مما يقلل من الأثرها البيئي.
تفاصيل القصة
غاز الميثان*، أحد الغازات الدفيئة القوية، يُنتج طبيعياً في العديد من الصناعات الحيوية مثل الزراعة ومعالجة مياه الصرف الصحي. ماذا لو كان بإمكاننا التقاط هذا الغاز قبل أن يصل إلى الغلاف الجوي واستخدامه لصنع شيء مفيد؟
شركة "Mango Materials" البيوتكنولوجية التي تقع في كاليفورنيا، ابتكرت طريقة لتحقيق ذلك. باستخدام مزيج خاص من الكائنات الدقيقة التي تتغذى على الميثان*، تحوّل عملية "Mango" الميثان* إلى بوليمر* قابل للتحلل يسمى "بولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*"، والذي يمكن تحويله إلى كريات بوليستر قابلة للتحلل بنسبة 100% لتشكيل سلع متينة، أقمشة، وأفلام مرنة تتمتع بالخصائص البلاستيك ولكن بأثر بيئي أخف بكثير. المواد المبنية على "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*" تتحلل بسرعة أكبر بكثير من البلاستيك عند طرحها في البيئة، وتتحلل مرة أخرى إلى الميثان* وثاني أكسيد الكربون في غضون أسابيع أو أشهر قليلة عند التخلص منها في منشأة نفايات مخصصة.
قالت أليسون بيا، الشريكة المؤسسة ومديرة التكنولوجيا في "Mango": "نعمل على عملية سلبية الكربون". وأوضحت أن تحليلاتهم تُظهر أنها ستكون سلبية الكربون عند التشغيل بالكامل. انتهت الشركة مؤخراً من بناء منشأة لإنتاج "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*" في محطة معالجة مياه الصرف الصحي* في فاكافيل، كاليفورنيا، حيث تلتقط الميثان* المنتج من الميكروبات التي تنظف إمدادات المياه العامة وتوجهه مباشرة إلى المفاعلات الحيوية مع البكتيريا التي تتغذى على الميثان*. تنتج الشركة كمية كافية من "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*" لصنع منتجات تجريبية، بما في ذلك صحن صابون متاح للشراء وزوجين من المنتجات النموذجية – زوج من الأحذية من "Allbirds".
تعمل الشركة الآن على زيادة قدرة المنشأة الجديدة لتقديم كريات "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*" على نطاق أوسع، وفي النهاية، لتصبح موردًا لمجموعة متنوعة من المنتجات الصديقة للبيئة. قالت الرئيسة التنفيذية والشريكة المؤسسة مولي مورس: "لا أعرف بديلاً حيوياً آخر للبلاستيك يمتلك نفس خصائص التحلل البيولوجي مثل "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*" ومزاياه الميكانيكية، هناك فرصة سوقية ضخمة".
استغرق "Mango" وقتاً طويلاً للتحول من فكرة على مستوى المختبر إلى عملية تجارية فعّالة. ساعد العلماء في وحدة تطوير عمليات الوقود الحيوي والمنتجات الحيوية المتقدمة (ABPDU) في مختبر لورنس بيركلي الوطني بتمويل من مكتب تكنولوجيا الطاقة الحيوية في وزارة الطاقة الأمريكية "Mango" على تحقيق هذا الانتقال الصعب. بعد تأسيس الشركة في 2012، قضى فريق "Mango" سنوات في تحسين كل من ثقافة البكتيريا – التي تنتج "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*" بشكل طبيعي وليست معدلة وراثياً – والظروف التي تحفزها لإنتاج مستويات عالية من "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*".
استهدف "Mango" زيادة كمية ونقاء "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*" التي يمكن استردادها من داخل الميكروبات؛ ولهذا بدأوا العمل مع فريق "ABPDU" بقيادة نينغ صن. تعاونوا لاختبار المعدات ذات الصلة بالمقياس الصناعي لتحديد ما الذي يعمل قبل الاستثمار في أنظمتهم التجريبية الخاصة.
تحوّل البكتيريا الميثان* إلى سلاسل من "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*" لتخزين الطاقة للاستخدام لاحقاً، على غرار كيفية تخزين النباتات للطاقة في النشويات. عمل فريق صن جنباً إلى جنب مع علماء "Mango" لاستخراج الخلايا من "المرق" داخل المفاعل الحيوي، وفتح جدران الخلايا البكتيرية وفصل "البولي هيدروكسي ألكانوات - PHA*" عن المنتجات الخلوية الأخرى.
قال صن: "تلقينا مرقاً من فريق أليسون بأحجام مختلفة، وكانت أكبرها عدة مئات من اللترات. جربنا عمليات استرداد مختلفة لتحسين الظروف وزيادة العائد ونقاء المنتج النهائي".
بحلول نهاية المشروع، والذي تأخر بسبب جائحة كوفيد-19، كان التعاون قد حقق عملية تلبي الأهداف العالية للعوائد، وكان لدى بيا وزملائها فكرة واضحة عن المعدات التي يحتاجون إلى الاستثمار فيها لمنشآتهم الخاصة.
قالت بيا: "كان هذا العمل حيوياً لنا في الوصول إلى منشأة معالجة لاحقة وللأشخاص الذين يعرفون كيفية استخدامها. تمكنا من اختبار تقنيات متعددة وفهم كيفية تفاعل منصتنا معها. لدينا الآن عملية نحن واثقون بأنها ستكون مربحة".
في هذه الأثناء، اكتسب فريق "ABPDU" خبرة إضافية في استخراج البوليمرات الحيوية داخل الخلايا. إلى الآن، عمل "ABPDU" مع 85 شريكاً في الصناعة تتراوح من الشركات الناشئة إلى الشركات البيوتكنولوجية الراسخة، بالإضافة إلى 20 مختبراً وطنياً، مركزاً بحثياً، وجامعة للمساعدة في تطوير أو إطلاق منتجات مبتكرة تعتمد على البيولوجيا.
قال صن: "تعلمنا الكثير من هذا التعاون. تمكن الفريق من تطوير عملية على نطاق المختبر واختبار تكوينات مختلفة لمعدات استرداد المنتج التي ستكون قابلة للتطبيق في استرداد البوليمرات الحيوية المشابهة".
المصطلحات الأساسية(*)
