Bakterie wyprodukują papier z gumy

opublikowano: 11-02-2022, 13:45

Naukowcy z Politechniki Łódzkiej opracowali proces przerabiania zużytych opon na papier. Do pracy zaprzęgli bakterie kwasu mlekowego. W przyszłości może to przynieść odczuwalne efekty ekologiczne, bo szczep Lactiplantibacillus plantarum potrafi zmniejszyć masę gumowych odpadów o jedną trzecią.

Twórczy zespół:
Twórczy zespół:
Dr inż. Magdalena Kmiotek, dr hab. inż. Tomasz Olejnik, prof. PŁ, i dr hab. inż. Katarzyna Śliżewska, prof. PŁ, wraz dr inż. Martą Pietras opracowali metodę, która „zjada gumę” i przetwarza ją w papier, dzięki której można znacząco zmniejszyć odpadów z tworzyw sztucznych.
K.Jarczewski

Co roku przybywa pojazdów na polskich drogach, czego konsekwencją jest wzrost liczby opon w obiegu. Zużyte ogumienie da się przetworzyć – może otrzymać drugie życie jako wycieraczki, dywaniki, uszczelki, wygłuszenia. Może też być wykorzystywane jako granulat do wytworzenia asfaltu czy komponenty do produkcji nawierzchni boiskowych.

Gumowy ekoproblem

Łódź:
Łódź:
Składowiska opon na osiedlu Janów.
K.Jarczewski

Kierowcy mają do dyspozycji kilka opcji pozbycia się zużytych opon. Raz w roku stare ogumienie można bezpłatnie oddać w Punkcie Selektywnej Zbiórki Odpadów Komunalnych. Większość zakładów wulkanizacyjnych przyjmuje też odpłatnie stare opony, gdy wymienia się je na nowe. Dużym problemem jest jednak szara strefa dzikich wysypisk – zakładów oponiarskich, które uznają, że taniej jest wywieźć ładunek do lasu niż zapłacić za utylizację. A mieszanka gumowa użyta do produkcji opon samochodowych zawiera związki, których rozkład trwa nawet 100 lat. Dlatego nie jest dobrym pomysłem używanie opon jako płotków, doniczek czy ozdób ogrodowych – pod wpływem deszczu, śniegu, temperatury opony uwalniają kolejne porcje szkodliwych substancji, które trafiają do gleby.

Przypadkowe odkrycie:
Przypadkowe odkrycie:
Pracowałam z różnymi szczepami bakterii zarówno przy pracy magisterskiej, jak i inżynierskiej. Przy pracy doktorskiej robiłam testy wzrostu bakterii na różnych podłożach. Jednym z nich był kauczuk naturalny, który się sprawdził, więc następnym etapem były kauczuki syntetyczne – mówi dr inż. Marta Pietras z Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności PŁ.
K.Jarczewski

Chroniony kilkoma patentami pomysł łódzkiego zespołu naukowego może być jaskółką zmian. Metoda, która „zjada gumę” i przetwarza ją w papier, została opracowana przez zespół w składzie: dr hab. inż. Tomasz P. Olejnik, prof. Politechniki Łódzkiej, dr hab. inż. Katarzyna Śliżewska, prof. Politechniki Łódzkiej, dr inż. Marta Pietras z Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności i dr inż. Magdalena Kmiotek z Centrum Papiernictwa i Poligrafii Politechniki Łódzkiej. Wszystko zaczęło się od przypadkowego odkrycia podczas pracy nad doktoratem, którego opiekunem był prof. Olejnik.

– Pracowałam z różnymi szczepami bakterii zarówno przy pracy magisterskiej, jak i inżynierskiej. Przy pracy doktorskiej robiłam testy wzrostu bakterii na różnych podłożach. Jednym z nich był kauczuk naturalny, który się sprawdził, więc następnym etapem były kauczuki syntetyczne – opowiada dr Marta Pietras.

Mikroorganizmy z apetytem

Struktura papierowego kompozytu z celulozy bakteryjnej i włókien sosny, zdjęcie spod mikroskopu skaningowego
Struktura papierowego kompozytu z celulozy bakteryjnej i włókien sosny, zdjęcie spod mikroskopu skaningowego
Politechnika Łódzka

Okazało się, że produktem metabolizmu bakterii jest bioceluloza.

– To mikrobiologicznie skomplikowany proces. Odpady gumowe muszą być rozdrobnione na granulat o średnicy około 2 mm. Chodzi o zwiększenie powierzchni kontaktu z bakteriami, które będą się żywiły węglem zawartym w gumie – w ten sposób gumowy granulat staje się pożywką i źródłem energii dla bakterii – wyjaśnia prof. Tomasz Olejnik.

Nie wszystkie szczepy bakterii mlekowych się sprawdzą. Okazało się, że żaden ze szczepów z kolekcji Wydziału Biotechnologii PŁ nie miał apetytu na gumę. Dlatego prof. Katarzyna Śliżewska opracowała genetycznie zmodyfikowany szczep.

– Bakterie z tej rodziny są powszechne – występują w jogurtach, kefirach, kiszonkach, produktach fermentowanych, są bezpieczne dla ludzi, zwierząt i środowiska. Nie są w stanie pracować w nieskończoność, w pewnej chwili następuje stan nasycenia, ale się regenerują, można je namnażać i dalej wykorzystywać – wyjaśnia prof. Śliżewska.

Bioceluloza uzyskana ze zużytych opon
Bioceluloza uzyskana ze zużytych opon
K.Jarczewski

Aby bakterie miały apetyt na stare opony, muszą być spełnione określone warunki.

– Odpowiednie rozdrobnienie materiału i warunki wzrostu, czyli odpowiednie pH, temperatura – wymienia prof. Olejnik.

Gdy powstająca w tym procesie bioceluloza jest mokra, wykazuje się dużą wytrzymałością – rękoma trudno ją rozerwać, jednak po wyschnięciu staje się krucha. I na to znalazł się sposób: połączenie celulozy bakteryjnej z papierem.

– Włókna roślinne zawierają ligninę, hemicelulozę i wiele innych związków, ale głównym jest naturalna celuloza, która z chemicznego punku widzenia jest tym samym związkiem chemicznym co celuloza bakteryjna. Dlatego można je połączyć bez dodawania innej substancji. Celuloza bakteryjna wypełnia pory w swojej roślinnej odpowiedniczce, dlatego nasz kompozyt zyskał bardzo ciekawą właściwość – nie przepuszcza powietrza – tłumaczy dr inż. Magdalena Kmiotek.

To może oznaczać, że kompozyt znakomicie się sprawdzi jako biodegradowalne opakowanie żywności.

– Może będzie w przyszłości zamiennikiem tworzywa sztucznego. Wiemy już, że kompozyt można pokrywać pigmentami, nadrukami – arkusze ładnie i szczelnie łączą się bez użycia kleju. Do suchych produktów już można byłoby go wykorzystywać. To może być kolejny krok w kierunku ochrony środowiska, bo samochodów przybywa, a więc i zużytych opon będzie coraz więcej. Z nowymi wynalazkami jest jednak tak, że trudno przewidzieć ich dalsze losy… – mówi prof. Olejnik.

Odciążyć środowisko

Tego im potrzeba:
Tego im potrzeba:
Aby bakterie miały apetyt na stare opony, muszą być spełnione określone warunki, m.in. rozdrobnienie materiału, odpowiednie pH i temperatura
K.Jarczewski

Jako potencjalne opakowanie papier pozyskiwany z gumy ma jedną wadę – jak każdy papier chłonie wodę.

– Pracujemy teraz nad rozwiązaniami, które usuną ten problem, szukamy wyłącznie naturalnych związków, które wkomponują się w strukturę celulozy – twierdzi dr Magdalena Kmiotek.

Prace prowadzone od około dwóch lat na razie nie wyszły poza laboratorium.

– Wdrożenie na skalę przemysłową to przyszłość. Szukamy środków, partnerów, będziemy aplikowali o fundusze – trzeba zbudować reaktor, pilotażową linię, aby uzyskać zadowalającą szybkość wzrostu biocelulozy. O skali przemysłowej zaczniemy mówić, gdy będą powstawały setki metrów kwadratowych kompozytu – wskazuje prof. Olejnik.

Badania pokazały, że bakterie, zużywając węgiel zawarty w oponach, potrafią doprowadzić do redukcji masy gumowej o 30 proc., a pozostałość może być wykorzystana jako wkład do asfaltu czy betonu. Do łódzkiego PSZOK-u w ubiegłym roku trafiło 56 ton zużytych opon. Redukcja ich masy o 1/3 oznaczałaby ponad 18 ton rocznie gumy mniej. W skali globalnej oznacza to zmniejszenie obciążenia dla środowiska o miliony ton.

© ℗
Rozpowszechnianie niniejszego artykułu możliwe jest tylko i wyłącznie zgodnie z postanowieniami „Regulaminu korzystania z artykułów prasowych” i po wcześniejszym uiszczeniu należności, zgodnie z cennikiem.

Polecane