環保新趨勢 生物紡織進化論

2020/12/18
文=黃晟睿

非營利組織永續角度(Sustainable Angle)創始人兼總監Nina Marenzi主張從材料著手,實現永續發展。如果時尚供應鏈可以改變,我們就能開始解決這個問題。 近年來,越來越多設計師…

非營利組織永續角度(Sustainable Angle)創始人兼總監Nina Marenzi主張從材料著手,實現永續發展。如果時尚供應鏈可以改變,我們就能開始解決這個問題。
近年來,越來越多設計師嘗試利用生物科技改變紡織工業,打破對石油高度依賴的化學纖維產業生態,降低紡織工業對環境的汙染衝擊,同時也不會有傳統植物纖維與食用作物爭地、動物養殖取毛時不仁道的疑慮。
尤其微生物生長的速度非常迅速,不像植物生長需要數月的時間,現在科學家更發現,可以用細菌來產生乙烯與尼龍,還可利用細菌吃掉PET與PU塑料。面對遭受人類摧殘的地球環境,也許大自然依舊給了我們最好的解答。

 

乙烯製程新革命:不用石油,用細菌

根據世界能源會(WEC)的估計,世界的石油將於40-50年內用盡,天然氣60-70年,C2H4乙烯(ethylene)在化學工業中是非常重要的角色,主要是由石油以及天然氣提煉,是合成纖維、橡膠、塑料(聚乙烯及聚氯乙烯)、乙醇(酒精)等基本化工原料,也可以用於製造氯乙烯、苯乙烯、環氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸藥等,並且可用作為水果和蔬菜的催熟劑,也是一種屬於植物的生長激素,適量的乙烯對植物的生長和健康非常重要,但是在目前,乙烯都是從石油或天然氣產生。
在美國俄亥俄州哥倫布市,科學家們已經發現了一種全新製造乙烯的方式,不需要使用石油以及天然氣這種不可再生的傳統能源提煉,而是使用紅螺螺旋藻細菌產生的副產物來產生化學物質乙烯。
這項研究由俄亥俄州立大學、科羅拉多州立大學、橡樹嶺國家實驗室和太平洋西北國家實驗室聯合進行,並在2020年8月發表在《科學》雜誌上。細菌產生的乙烯氣體是細菌代謝硫時的所產生的副產物,這一發現將有希望代替當前利用化石燃料生產乙烯的高耗能方法。
紅螺螺旋藻是一種固氮酶,俄亥俄州立大學微生物學研究科學Justin North在無意間發現了,這種細菌會產生乙烯。此細菌是種厭氧菌,當暴露於無氧環境時,細菌會將硫大量轉化為乙烯。
Justin North表示:“我們可能已經打破了生產乙烯需要依賴石化原料的主要技術壁壘,雖然要這些細菌株能大量生產工業用乙烯氣體,仍有許多開發工作要做。但我們已經打開研究的大門。”
團隊負責人俄亥俄州立大學微生物學Robert Tabita教授進一步指出,“氧氣和乙烯具有爆炸性,這是製造業使用時最大的障礙,但是我們發現生產乙烯的細菌系統是在沒有氧氣的情況下起作用,這給了我們很大的技術優勢。”
這個美妙的意外發現是發生在俄亥俄州立大學Tabita的實驗室中,當時研究人員North正在研究紅螺螺旋藻細菌。他們注意到細菌正在從甲硫基乙醇(methylthio ethanol)中獲取生長所需的硫,並且產生了氣體,研究人員在這個氣體中發現乙烯,而這項意外的發現可能對石化工業帶來革命。

 

source:Science

 

用細菌生產尼龍,純淨生產的未來?

每年全球生產超過200萬噸的服裝、家具和降落傘多功能面料,約有50億英鎊的市場,但也造成了巨量的紡織廢棄物。愛丁堡大學生物科學學院發現有一種細菌可以生產出合成尼龍的關鍵化學物質,而且生產過程中不會散發對地球有害的溫室氣體,完全改變尼龍生產過程。
科學家們已經開發出一種可行的方法來製造世界上最出色的工業化學品之一C₆H₁₀O₄己二酸(adipic acid),這是生產尼龍材料的關鍵成分,在現在工業生產己二酸的方式是從化石燃料提煉而來,在提煉過程中會產生大量的一氧化二氮(nitrous oxide),這是一種比二氧化碳強三百倍的溫室氣體,研究小組說:我們迫切需要一種可以工業化大量生產的新方法,減少溫室氣體對環境破壞。
該研究發表在科學期刊《ACS合成生物學》(ACS Synthetic Biology)上。愛丁堡大學的生物科學家在實驗室中使用基因改質技術,改造了常見細菌大腸桿菌的遺傳密碼,修飾過後的大腸桿菌在含有天然化學物質癒創木酚(guaiacol)的液體溶液中生長,癒創木酚是一種天然有機物,有還原性,常在化妝品中少量添加作為抗氧化劑,醫藥上也有大量應用、用作局部麻醉劑或防腐劑,還可以祛痰和治療消化不良。經過24小時後,修飾過的大腸桿菌能將癒創木酚轉化為己二酸,而不會產生一氧化二氮。
論文代表Jack Suitor說,研究小組正不斷探索利用細菌生產化學物質的新方法,“我對這些結果感到非常興奮,因為這是首次直接用使用癒創木酚生產己二酸,此種方法生產的己二酸可說是世界上新的再生資源之一,這可能會完全改變尼龍的製造方式。”
該研究的主要研究者Stephen Wallace博士則強調,微生物可以幫助解決社會面臨的許多問題,“如果可以對細菌進行改質,幫助我們利用植物廢料製造尼龍,而這是傳統化學方法無法實現的,那麼我們必須問自己,它們還能做什麼,以及極限在哪裡。我們都對使用微生物來發酵食物和啤酒很熟悉,但是現在我們不但可以發酵材料和藥物,使用這種方法還可以創造更多可持續能源,生物科學在未來的發展將令人震驚。”

 

source:Wallace Lab

 

汙染救星:可以吃PU塑膠的細菌

科學家已經鑑定出一種細菌菌株,可以將有毒的聚氨酯(PU)塑料產品為食。
過去科學家們已經找到運用生物(Ideonellasakaiensis 201-F6細菌)分解PET塑料的方法,但對於聚氨酯,由於它在分解過程會釋放出有毒和致癌的化學物質TDA及MDA,這些化學物質會殺死大多數細菌,因此不易分解,而這次新發現的假單胞菌菌株卻能夠存活,同時可以破壞聚氨酯的化學鍵,把氨分離出來,再分解成碳與氮。
自1950年代以來全世界已經生產了超過80億噸的塑料,僅在2015年,聚氨酯的使用就佔歐洲塑料產量的350萬噸。它的優異特質:質輕、絕緣、柔性、彈性、延展性,使它廣泛用在許多生活用品中,如:鞋底、冰箱、廚房海綿等,但是聚氨酯的回收卻非常困難且耗費大量能源,所以最終大多推積在垃圾掩埋場,甚至被人們隨手丟棄,汙染了陸地和海洋,對自然環境造成近乎永久性的傷害。
對此,德國科學家發現了解決問題的方法“食用塑料的細菌”,這個新的發現是由亥姆霍茲環境研究中心研究團隊發現,假單胞菌細菌菌株TDA1具有分解聚氨酯的能力。聚氨酯是一種毒性特別大的塑料,但是這種塑膠垃圾場中新發現的菌株TDA1,不僅能夠耐受惡劣的環境並在其中生存,還可以降解聚氨酯其中的一部分的化學結構單元,利用2,4-TDA當作碳、氮和能量的來源,把毒物當作生存的養分。目前這項研究已發表在期刊《微生物前線》(Frontiers in Microbiology)上。
研究學者Hermann Heipieper表示,研究團隊依據細菌16S rRNA基因序列和細胞膜脂肪酸組成分析,初步鑑定此新穎菌株為假單胞菌屬 Pseudomonas sp.菌株。不過這項研究雖然為PU回收再利用開啟了一線希望,但研究目前仍在起點接電,如果要大規模使用這些細菌預估還需要10年的時間,在這之前,人類還是必須減少使用塑膠,避免塑膠被隨意的丟棄到環境中。

 

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