Tutkijat American Chemical Societyn syyskonferenssissa vuonna 2023 esittelivät ympäristöystävällisen biomuovin, joka on valmistettu sotilaskärpäsistä. Karen Wooley ja hänen tiiminsä erottavat kitiiniä mustista sotilaskärpäsistä ja tekevät siitä arvokasta biomuovia, jotka tunnetaan nimellä kitosaani. Tämä biohajoava muovi voi imeä paljon vettä ja sitä voitaisiin käyttää apuna tulvissa ja kuivuudessa. Prosessi on linjassa kiertotalouden kanssa, jossa hyödynnetään hyönteisiä muovien hajottamiseen ja niistä uusien materiaalien luomiseen.
Kuvittele, että hyödynnät hyönteisten voimaa kemikaalien erottamiseen, joita voidaan käyttää ympäristöystävällisten muovien valmistamiseen, jonka nämä samat bugit voivat sitten helposti hajottaa. Tämä ajatus on itse asiassa uskottavampi kuin miltä se aluksi näyttää. Tutkijat keskustelivat edistysaskeleista kemikaalien erottamisessa ja jalostuksessa hyönteisistä ja niiden muuttamisessa hyödyllisiksi biomuoveiksi.
Tutkijat julkistivat innovatiiviset löytönsä American Chemical Societyn (ACS) syyskonferenssissa 2023. Projektin päätutkija, filosofian tohtori Karen Wooley , sanoi: ”Ryhmäni on 20 vuoden ajan kehittänyt menetelmiä luonnontuotteiden – kuten sokeriruo'osta tai puista saatavan glukoosin – muuttamiseksi hajoaviksi, sulaviksi polymeereiksi, jotka eivät säily ympäristössä. Mutta nämä luonnontuotteet kerätään luonnonvaroista, joita käytetään myös elintarvikkeissa, polttoaineissa, rakentamisessa ja liikenteessä.”
Karen Wooley etsi muita lähteitä, joilla ei ollut näitä kilpailevia sovelluksia. Hänen kollegansa, tohtori Jeffery Tomberlin , on ehdottanut innovatiivista tapaa hyödyntää jätetuotteita hyödyntämällä mustien sotilaskärpästen viljelystä peräisin olevia jätteitä . Tällä nousevalla teollisuudenalalla, johon hän on aktiivisesti osallistunut, on valtava potentiaali.
Tänä kesänä tiimi aloittaa projektin, jossa kitiiniä hajotetaan glukosamiineiksi, jotka ovat sen yksittäisiä komponentteja. Näitä pieniä sokerimolekyylejä käytetään biomuovien, kuten polykarbonaattien ja polyuretaanien, valmistukseen , joita tyypillisesti valmistetaan petrokemikaaleista.
Mustasotilaskärpäset eivät ole ainoastaan rikkaita hyödyllisistä yhdisteistä, kuten proteiineista, DNA:sta, rasvahapoista, lipideistä ja vitamiineista, vaan ryhmä aikoo myös hyödyntää niitä arvokkaina lähtöaineina. Näitä kemiallisia rakennuspalikoita käytetään sellaisten tuotteiden valmistukseen, jotka on suunniteltu hajoamaan hävitettäessä , mikä estää muovisaasteen lisääntymisen.
Katso myös : Muovin kierrätys hyödylliseksi saippuaksi
Professori Wooleyn visio yhdistää prosessin kestävän kiertotalouden konseptiin. Hän sanoi: "Lopulta haluaisimme hyönteisten syövän muovijätettä ravinnokseen, ja sitten keräämme ne uudelleen ja niiden osat uusien muovien valmistamiseksi. Joten hyönteiset eivät olisi vain lähde, vaan ne myös kuluttaisivat hylättyjä muoveja."
Epäkypsiä hyönteisiä, joiden toukat ovat täynnä erilaisia proteiineja ja muita ravinteita sisältäviä yhdisteitä, viljellään nyt laajasti eläinten ruokintaan ja jätteiden hävittämiseen tehokkaasti. Toisaalta, kun niiden pesimäpäivät ovat ohi, aikuisilla on suhteellisen lyhyt elinikä ja ne heitetään myöhemmin syrjään. Mutta aikuisia sotilaskärpäsiä käytetään biomuovin valmistukseen.
Professori Wooleyn tiimi käytti Jeffery Tomberlinin ehdottamia aikuisen jäänteitä projektinsa aloittamiseen. Cassidy Tibbetts , jatko-opiskelija, joka työskentelee projektin parissa Wooleyn laboratoriossa Texas A&M -yliopistossa, sanoi: "Otamme jotain, joka on kirjaimellisesti roskaa, ja teemme siitä jotain hyödyllistä."
Valmistaessaan sotilaskärpäsistä biomuovia Tibbetts havaitsi kitiinin olevan merkittävä osa kuolleista kärpäsistä. Tämä myrkytön, sokerista valmistettu polymeeri vahvistaa hyönteisten ja äyriäisten tukirankaa. Valmistajat uuttavat tällä hetkellä kitiiniä katkarapujen ja rapujen kuorista eri tarkoituksiin. Tibbetts on käyttänyt samanlaisia tekniikoita kitiinin uuttamiseen ja puhdistamiseen hyönteisten ruhoista.
Hänen mukaansa kärpäsistä peräisin oleva kitiinijauhe on mahdollisesti puhtaampaa, koska sillä ei ole perinteiselle tuotteelle tyypillistä kellertävää sävyä tai tiheää koostumusta. Kitiinin hankkiminen kärpäsistä voi välttää mereneläväallergioihin liittyvät huolet. Vaikka muut tutkijat uuttavat kitiiniä tai proteiineja kärpäsen toukista, professori Wooleyn tiimi erottuu joukosta edelläkävijänä, joka hyödyntää kitiiniä poisheitetyistä aikuisista kärpäsistä. Toisin kuin toukat, joita tyypillisesti käytetään rehuna, tämä ainutlaatuinen lähestymistapa erottaa ne muista.
Tibbetts parantaa uuttotekniikoita, kun taas toinen jatko-opiskelija, Hongming Guo , muuntaa puhdistettua kärpäskitiiniä kitosaaniksi kutsutuksi polymeeriksi. Hän poistaa kitiinistä asetyyliryhmiä, paljastaen kemiallisesti reaktiiviset aminoryhmät, mikä mahdollistaa funktionalisoinnin ja silloittumisen. Näitä vaiheita noudattamalla kitosaani voidaan muuntaa arvokkaiksi biomuoveiksi, kuten superabsorboiviksi hydrogeeleiksi ; monimutkaisiksi polymeeriverkostoiksi, joilla on huomattava kyky imeä vettä.
Katso myös : Bakteerit, jotka voivat pelastaa planeetan jatkuvasti kasvavalta muoviongelmalta
Guo kehitti hydrogeelin, joka pystyy imemään nopeasti 47 kertaa oman painonsa verran vettä . Professori Wooleyn mukaan tällä tuotteella on potentiaalia vangita tulvavettä viljelysmaan maaperästä ja vapauttaa kosteutta vähitellen tulevien kuivuuskausien aikana. Hän selittää edelleen: "Täällä Teksasissa olemme jatkuvasti joko tulva- tai kuivuustilanteessa, joten olen yrittänyt miettiä, miten voisimme tehdä superabsorboivan hydrogeelin, joka voisi ratkaista tämän ongelman. Koska hydrogeeli on biohajoava, se vapauttaa hitaasti molekyylikomponenttejaan viljelykasvien ravinnoksi."
