Utilizzando un batterio molto comune, i ricercatori del KAIST hanno creato una plastica bio-based che potrebbe sostituire il PET delle bottiglie

I ricercatori coreani hanno sviluppato una plastica bio-based che potrebbe essere utilizzata per sostituire il PET nella produzione di bottiglie di plastica. Si tratta di un poliestere pseudoaromatico, cioè di un monomero che in qualche misura imita la struttura delle molecole che formano i polimeri plastici, prodotto a partire dal glucosio utilizzando cinque ceppi di Corynebacterium glutamicum, un batterio che già trova larga applicazione in ambito industriale per la produzione degli amminoacidi lisina e glutammato.

Sostituire la plastica: una sfida per la chimica

L’uso sempre più massiccio di plastica sta mettendo a dura prova la salute del pianeta e dei suoi abitanti: secondo l’ultimo report di Earth Action, soltanto quest’anno abbiamo disperso in natura circa 70 milioni di tonnellate di plastica, il 31,5% del totale dei rifiuti prodotti, essenzialmente a causa dello squilibrio tra i volumi di plastica consumati e la capacità di gestire il materiale a fine vita.

Queste enormi quantità di rifiuti abbandonati nell’ambiente possono inquinare il terreno e finire direttamente negli oceani, soffocando animali e interi ecosistemi marini, ed è ormai dimostrato che la degradazione degli oggetti in plastica porta alla creazione di microparticelle in grado di insinuarsi nel sangue e nei tessuti umani. La preoccupazione per la salute umana si aggiunge così alla questione ambientale, rendendo sempre più urgente la ricerca di tecnologie e soluzioni in grado di invertire questa pericolosa tendenza.

La ricerca chimica ha accettato da tempo questa sfida, proponendo soluzioni che vanno dall’upcycling delle materie plastiche alla creazione di nuovi materiali in grado di sostituire quelli derivati dal petrolio. L’ultima novità arriva dal Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST): i ricercatori sembrano aver trovato una straordinaria alternativa alla plastica. Il team di ricerca, guidato dal professore Sang Yup Lee del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare, è riuscito a produrre una plastica a base microbica biodegradabile che sarebbe addirittura in grado di sostituire il PET utilizzato per la produzione delle bottiglie.

I batteri come alternativa alla plastica

Il gruppo di ricerca del professor Sang Yup Lee è riuscito a sviluppare un ceppo microbico che produce in modo efficiente un monomero di poliestere pseudoaromatico che può essere usato per sostituire il polietilene tereftalato (PET).

Gli acidi dicarbossilici pseudoaromatici, spiegano gli scienziati, hanno proprietà fisiche migliori e una maggiore biodegradabilità rispetto a un poliestere aromatico come il PET quando sintetizzati come polimeri. Per questo motivo stanno attirando l’attenzione dei ricercatori come monomeri ecologici con cui tentare di costruire polimeri alternativi alle materie plastiche.

La produzione di acidi dicarbossilici pseudoaromatici attraverso metodi chimici, però, presenta diversi problemi: è poco selettiva, ha un basso rendimento, richiede condizioni di reazione molto complesse e produce rifiuti pericolosi.

Per risolvere questo problema, il gruppo di ricerca del professor Sang Yup Lee ha utilizzato l’ingegneria metabolica per sviluppare un ceppo microbico che produce cinque tipi di acidi dicarbossilici pseudoaromatici a partire dal glucosio utilizzando cinque ceppi di Corynebacterium glutamicum ingegnerizzati. Come si legge nello studio, pubblicato su PNAS, “è stato costruito un ceppo di base per la produzione di acido 2-pirone-4,6-dicarbossilico, che è stato poi ulteriormente ingegnerizzato e ottimizzato per produrre altri acidi dicarbossilici piridinici”.

Un passo importante verso una chimica senza petrolio

Il nuovo metodo di produzione è risultato molto efficiente: i ricercatori sono riusciti a produrre con successo 2,79 g/L di acido 2,3-piridinico, 0,49 g/L di acido 2,4-piridinico, 1,42 g/L di acido 2,5-piridinico e 79 g/L di acido dicarbossilico 2,3-piridinico. Inoltre, hanno ottenuto 0,49 g/L di acido dicarbossilico 2,4-piridinico e 1,42 g/L di acido dicarbossilico 2,5-piridinico, le più alte concentrazioni di produzione registrate al mondo. In particolare, spiegano i ricercatori, l’acido dicarbossilico 2,4-, 2,5-piridinico ha raggiunto una produzione su scala di g/L, laddove non si era mai riusciti a superare scale di mg/L.

I metodi utilizzati in questo studio saranno utili a sviluppare fabbriche di cellule sempre più efficienti da destinare alla produzione di monomeri plastici a base biologica. Si prevede che i risultati della ricerca verranno concretamente applicati a vari processi industriali di produzione di poliestere, e che saranno utilizzati attivamente nelle future ricerche sulla produzione di poliesteri aromatici.

Come ha affermato il professor Sang Yup Lee,

“L’importanza di questa ricerca sta nel fatto che abbiamo sviluppato una tecnologia ecologica che produce in modo efficiente monomeri di poliestere aromatici simili basati su microrganismi. Questo studio aiuterà l’industria dei bio-monomeri basati su microrganismi a sostituire in futuro l’industria chimica basata sul petrolio”.

I ricercatori coreani hanno finalmente trovato il modo per per produrre in maniera efficiente questi composti che un giorno potrebbero sostituire la plastica, aprendo un’importante finestra di possibilità per la futura ricerca sui monomeri alternativi provenienti da fonti bio-based.

Ecco tre approfondimenti che potrebbero interessarti:

Quanta plastica c’è nel corpo umano?
La prima batteria ricaricabile e commestibile al mondo
La start-up kenyota che trasforma i rifiuti in plastica in freezer