Wetenschappers op de herfstconferentie van de American Chemical Society in 2023 introduceerden milieuvriendelijk bioplastic dat afkomstig is van soldatenvliegen. Karen Wooley en haar team halen chitine uit zwarte soldatenvliegen en zetten het om in waardevolle bioplastics die bekend staan als chitosan. Dit biologisch afbreekbare plastic kan veel water absorberen en kan worden gebruikt om overstromingen en droogtes te bestrijden. Het proces past in een circulaire economie, waarbij insecten worden gebruikt om plastic af te breken en er nieuwe materialen van te maken.
Stel je eens voor dat je de kracht van insecten zou benutten om chemicaliën te extraheren die gebruikt kunnen worden om milieuvriendelijke kunststoffen te maken, die vervolgens gemakkelijk door deze insecten kunnen worden afgebroken. Dit idee is eigenlijk aannemelijker dan het in eerste instantie lijkt. Wetenschappers bespraken ontwikkelingen in het extraheren en verfijnen van chemicaliën uit insecten en het omzetten ervan in bruikbare bioplastics.
De onderzoekers presenteerden hun innovatieve ontdekkingen tijdens de najaarsconferentie van de American Chemical Society (ACS) in 2023. Karen Wooley , Ph.D., hoofdonderzoeker van het project, zei: "Mijn groep ontwikkelt al twintig jaar methoden om natuurlijke producten – zoals glucose uit suikerriet of bomen – om te zetten in afbreekbare, verteerbare polymeren die niet in het milieu achterblijven. Maar die natuurlijke producten worden gewonnen uit bronnen die ook worden gebruikt voor voedsel, brandstof, bouw en transport."
Karen Wooley zocht naar andere bronnen die deze concurrerende toepassingen niet hadden. Haar collega, dr. Jeffery Tomberlin , heeft een innovatieve manier voorgesteld om afvalproducten te benutten door gebruik te maken van producten die vrijkomen bij de kweek van zwarte soldaatvliegen . Deze opkomende industrie, waaraan hij actief heeft bijgedragen, heeft een enorm potentieel.
Deze zomer start het team een project om chitine af te breken tot glucosaminen, de afzonderlijke componenten ervan. Deze kleine suikermoleculen worden gebruikt voor de productie van bioplastics zoals polycarbonaten en polyurethanen , die doorgaans worden gemaakt van petrochemische grondstoffen.
De zwarte soldaatvliegen zijn niet alleen rijk aan nuttige stoffen zoals eiwitten, DNA, vetzuren, lipiden en vitaminen, maar de onderzoeksgroep is ook van plan ze te gebruiken als waardevolle grondstoffen. Deze chemische bouwstenen worden gebruikt om producten te maken die ontworpen zijn om te ontbinden of af te breken wanneer ze worden weggegooid , waardoor er geen bijdrage wordt geleverd aan het bestaande probleem van plasticvervuiling.
Zie ook : Plastic hergebruiken om er nuttige zeep van te maken
Professor Wooley's visie sluit aan bij het concept van een duurzame, circulaire economie. Ze zei: "Uiteindelijk willen we dat de insecten het afvalplastic als voedselbron gebruiken, waarna we ze opnieuw oogsten en hun componenten verzamelen om nieuw plastic te maken. De insecten zouden dus niet alleen de bron zijn, maar ook het afgedankte plastic consumeren."
De onvolwassen insecten, met hun larven gevuld met een verscheidenheid aan eiwitten en andere voedingsrijke verbindingen, worden nu op grote schaal gekweekt om te dienen als veevoer en om afvalverwerking efficiënt te beheren. Aan de andere kant, als hun broeddagen voorbij zijn, hebben volwassenen een relatief korte levensduur en worden ze vervolgens opzijgezet. Maar volwassen soldatenvliegen worden gebruikt voor het maken van bioplastic.
Het team van professor Wooley gebruikte de volwassen resten die Jeffery Tomberlin had voorgesteld als uitgangspunt voor hun project. Cassidy Tibbetts , een promovendus die aan het project werkt in Wooley's lab aan de Texas A&M University, zei: "We nemen iets dat letterlijk afval is en maken er iets nuttigs van."
Tijdens het proces van het maken van bioplastic van zwarte soldaatvliegen ontdekte Tibbetts dat chitine een belangrijk bestanddeel van de dode vliegen was . Dit niet-giftige polymeer, gemaakt van suiker, versterkt het exoskelet van insecten en schaaldieren. Fabrikanten winnen momenteel chitine uit garnalen- en krabschalen voor verschillende doeleinden. Tibbetts gebruikt vergelijkbare technieken om chitine uit insectenkarkassen te winnen en te zuiveren.
Volgens haar is het chitinepoeder dat uit vliegen wordt gewonnen mogelijk zuiverder, omdat het niet de gebruikelijke gelige tint of dichte consistentie heeft die kenmerkend is voor het traditionele product. Het verkrijgen van chitine uit vliegen kan zorgen over voedselallergieën voor schaaldieren wegnemen. Hoewel andere onderzoekers chitine of eiwitten uit vliegenlarven winnen, onderscheidt het team van professor Wooley zich als pionier in het gebruik van chitine uit afgedankte volwassen vliegen. In tegenstelling tot de larven, die doorgaans als voer worden gebruikt, onderscheidt deze unieke aanpak hen van de rest.
Tibbetts werkt aan het verbeteren van extractietechnieken, terwijl een andere promovendus, Hongming Guo , gezuiverde chitine van vliegen omzet in een polymeer genaamd chitosan. Hij verwijdert acetylgroepen van chitine, waardoor chemisch reactieve aminogroepen bloot komen te liggen. Dit maakt functionalisatie en crosslinking mogelijk. Door deze stappen te volgen, kan chitosan worden omgezet in waardevolle bioplastics zoals superabsorberende hydrogels ; complexe polymeernetwerken met het opmerkelijke vermogen om water te absorberen.
Guo ontwikkelde een hydrogel die snel 47 keer zijn eigen gewicht aan water kan absorberen . Volgens professor Wooley heeft dit product de potentie om overstromingswater in landbouwgrond op te vangen en geleidelijk vocht af te geven tijdens toekomstige droogtes. Ze legt verder uit: "Hier in Texas hebben we constant te maken met overstromingen of droogte, dus ik heb nagedacht over hoe we een superabsorberende hydrogel kunnen maken die dit probleem kan aanpakken. Omdat hydrogel biologisch afbreekbaar is, zal het langzaam zijn moleculaire componenten vrijgeven als voeding voor gewassen."
Bron: Het omzetten van vliegen in biologisch afbreekbaar plastic
