Plastica dall'erba

Quasi tutte le plastiche vendute oggi provengono dal petrolio e non sono biodegradabili. Ma i ricercatori della Metabolix di Cambridge, nel Massachusetts, stanno ingegnerizzando geneticamente la pianta del fuoco per produrre un polimero biodegradabile che può essere estratto direttamente dalla pianta.

Ciò potrebbe trasformare l'economia della produzione di polimeri biodegradabili. Metabolix vende già un tale polimero, ma è prodotto da batteri che si nutrono di zuccheri vegetali in costosi fermentatori. Un processo a base vegetale, che potrebbe utilizzare colture coltivate su terreni marginali, richiederebbe meno attrezzature.

Oliver Peoples ha cofondato Metabolix con il biologo Anthony Sinskey.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2013

• Vedi il resto del problema
• sottoscrivi

Metabolix stima che alla fine potrebbe vendere i suoi polimeri a base vegetale a meno della metà dei prezzi odierni. Considerando che i prodotti finali di oggi sono articoli di nicchia come le borse della spesa in plastica biodegradabile, i tipi di prodotti e imballaggi più utilizzati potrebbero quindi diventare economici.

La visione dalle piante alla plastica ha attratto il direttore scientifico di Metabolix, Oliver Peoples, un ex ricercatore del MIT, per più di 20 anni da quando lui e il collega Anthony Sinskey, un professore di biologia del MIT, hanno scoperto i geni metabolici che consentono ai batteri trovati nel suolo di producono naturalmente un polimero noto come PHA. Ma dopo aver fondato Metabolix, ci sono voluti dieci anni per ottimizzare i sistemi metabolici nei batteri per produrre quantità utili di PHA. Farlo nelle piante è ancora più difficile. È molto più complesso e dispendioso in termini di tempo progettare una specie complessa e a crescita lenta come lo switchgrass rispetto a un batterio molto semplice, afferma Peoples.

Ora, gli scienziati delle piante di Metabolix stanno lavorando di nuovo sull'inserimento di quei geni, oltre ad altri che regolano la crescita, nelle piante tra cui l'erba rampicante, la camelina e la canna da zucchero. In switchgrass, stanno persuadendo la pianta a produrre e immagazzinare nei suoi tessuti un tipo specifico di PHA, noto come PHB, che può essere utilizzato per realizzare prodotti stampati a iniezione come alloggiamenti per l'elettronica. L'azienda sta anche lavorando su fasi di produzione chimica, inclusa l'estrazione del PHB mediante solventi, e un metodo termico per convertire il PHB in una sostanza chimica chiamata acido crotonico, che può essere utilizzata come materia prima per i polimeri. Dopo l'estrazione del PHB o la produzione dell'acido crotonico, i resti dell'erba potrebbero essere bruciati come fonte di energia da biomassa che produce emissioni nette di carbonio inferiori rispetto ai combustibili fossili.

A sinistra: in una capsula di Petri, le colture cellulari derivate dai semi di switchgrass sono esposte a una soluzione contenente batteri ingegnerizzati che trasferiscono nuovi geni nelle cellule. Alcuni geni, presi in prestito dai batteri del suolo, alterano il sistema metabolico dell'erba per produrre un polimero noto come PHB.
A destra: la produzione di materie plastiche inizia con i semi di erbaccia.

A sinistra: in una capsula di Petri, le colture cellulari derivate dai semi di switchgrass sono esposte a una soluzione contenente batteri ingegnerizzati che trasferiscono nuovi geni nelle cellule. Alcuni geni, presi in prestito dai batteri del suolo, alterano il sistema metabolico dell'erba per produrre un polimero noto come PHB.
A destra: la produzione di materie plastiche inizia con i semi di erbaccia.

A sinistra Con l'aiuto di un mezzo di crescita, le cellule sopravvissute si trasformano in piante i cui geni modificati consentono loro di produrre plastica.
A destra: le colture cellulari vengono poste su un terreno che include un erbicida; le cellule che non sono riuscite a incorporare i nuovi geni vengono uccise. (Le cellule modificate includono un gene che consente loro di tollerare l'erbicida.)

A sinistra Con l'aiuto di un mezzo di crescita, le cellule sopravvissute si trasformano in piante i cui geni modificati consentono loro di produrre plastica.
A destra: le colture cellulari vengono poste su un terreno che include un erbicida; le cellule che non sono riuscite a incorporare i nuovi geni vengono uccise. (Le cellule modificate includono un gene che consente loro di tollerare l'erbicida.)

A sinistra: dopo diverse settimane, le piante vengono trasferite in pellet di torba e successivamente trapiantate in serra.
A destra: mesi dopo, l'erba tagliata ed essiccata è pronta per i processi industriali per estrarre il PHB.

A sinistra: dopo diverse settimane, le piante vengono trasferite in pellet di torba e successivamente trapiantate in serra.
A destra: mesi dopo, l'erba tagliata ed essiccata è pronta per i processi industriali per estrarre il PHB.

Le palline di torba nella serra di Metabolix sono conservate in sacchetti di plastica per mantenere l'umidità. Le giovani piante vengono testate per assicurarsi che stiano producendo PHB. Sullo sfondo stanno maturando erbe.

A sinistra: in un metodo promettente per recuperare e utilizzare il PHB, l'erba tagliata viene prima posta in una camera di acciaio inossidabile.
A destra: la camera (a destra nella foto) viene successivamente riscaldata a 300 °C, scomponendo il PHB in una sostanza chimica chiamata acido crotonico.

A sinistra: in un metodo promettente per recuperare e utilizzare il PHB, l'erba tagliata viene prima posta in una camera di acciaio inossidabile.
A destra: la camera (a destra nella foto) viene successivamente riscaldata a 300 °C, scomponendo il PHB in una sostanza chimica chiamata acido crotonico.

Il gas dell'acido crotonico viene catturato e raffreddato in un processo di condensazione adiacente alla camera di riscaldamento.

L'acido crotonico risultante, mostrato qui, è una materia prima chiave per materie plastiche e prodotti chimici.

In un metodo promettente per recuperare e utilizzare il PHB, l'erba tagliata viene prima posta in una camera di acciaio inossidabile.

A sinistra: un processo diverso e più ad alta intensità di capitale potrebbe estrarre direttamente il PHB da utilizzare nella produzione di prodotti in plastica. Questo metodo inizia mettendo l'erba tritata in un solvente, che libera il PHB.
A destra: il liquido risultante è riservato.

A sinistra: un processo diverso e più ad alta intensità di capitale potrebbe estrarre direttamente il PHB da utilizzare nella produzione di prodotti in plastica. Questo metodo inizia mettendo l'erba tritata in un solvente, che libera il PHB.
A destra: il liquido risultante è riservato.

A sinistra: viene versato un altro solvente.
A destra: questo consente al PHB di precipitare fuori dalla soluzione.

A sinistra: viene versato un altro solvente.
A destra: questo consente al PHB di precipitare fuori dalla soluzione.

Metabolix calcola che l'erba deve produrre il 10% del suo peso come PHB per essere economicamente competitiva con altre fonti di plastica biodegradabile. L'azienda ha già quasi raddoppiato il contenuto di PHB in switchgrass, dall'1,2% nel 2008 al 2,3% lo scorso anno, incluso il 7% nelle foglie. Il processo produrrebbe comunque alcune emissioni di carbonio: la coltivazione e la raccolta delle piante richiedono fertilizzanti a base di combustibili fossili e macchine alimentate a combustibili fossili. Ma Peoples prevede che sarebbe complessivamente più pulito rispetto alla produzione di plastica da combustibili fossili, anche se deve ancora essere fatta un'analisi completa. Per ora, non vede l'ora di realizzare finalmente la sua visione dalle piante alla plastica. Questa è una testimonianza di pura e sanguinosa risolutezza, dice.

nascondere