微藻生物基塑料产品,你了解吗?

藻细胞的电镜照(左边图为正常藻细胞,中间和右边图为产生PHB的藻细胞,白色颗粒即PHB)

“二氧化碳减排和可再生资源利用是当前全世界都在倡导的共同话题。生物基塑料来自于生物资源,可减少石油的使用,具有低碳、环保、环境友好的优点。似乎“万能”的微藻在哪里都有它们的身影,基于微藻的生物塑料及其产品也已经问世了”

1 微藻与树脂混合的生物塑料

2017年英国 VivoBareFoot公司(鞋制造商)与美国的BLOOM公司(微藻生物塑料材料制造商)一起合作首次生产出了由微藻生物塑料泡沫材料制成的鞋子。目前,在VivoBareFoot的官网,下图中由微藻生物塑料材料制成的鞋子售价139.95美元(约881元人民币)。

微藻生物塑料材料制成的鞋子
微藻生物塑料材料制成的鞋子

同年,BLOOM公司和美国Surftech公司(著名的冲浪运动器材制造商)达成合作,将利用微藻生物塑料制作环境友好型的冲浪板,以降低石化基塑料的使用,减少环境污染,尤其是海洋环境中塑料垃圾的污染问题。该款冲浪板计划将在2018年上市销售。

那么如何将微藻变成塑料呢?

简单来说,微藻中含有大量的蛋白质,其是由氨基酸组成的聚合链,当施加热机械力时,蛋白质发生变性,会沿着机械力的方向变形和延展。因此,首先将微藻与热塑性树脂混合、当机器对混合物进行高温挤压时,蛋白质发生变性,微藻和树脂会沿着应力方向延伸并结合在一起。

在热机械力实加过程中,微藻细胞逐渐融合在一起(从左往右)
在热机械力实加过程中,微藻细胞逐渐融合在一起(从左往右)

目前,BLOOM公司和合作伙伴Algix公司生产的微藻生物塑料泡沫材料中微藻含量一般在50%左右,树脂含量也为50%左右。据报道,该公司微藻生物塑料中的微藻并不是通过培养获得,而是从湖泊、河流、池塘中通过专门开发的微藻采收设备收集的自然生长的微藻(包括水化爆发时产生的大量微藻)。以此,来实现自然环境水质净化、废弃生物资源化利用,同时降低生产成本。

Algix公司的藻-聚丙烯均聚物塑料材料和藻-共聚聚丙烯塑料材料
Algix公司的藻-聚丙烯均聚物塑料材料和藻-共聚聚丙烯塑料材料

2 微藻油合成生物塑料

2015年美国加州大学圣地亚哥分校、Arctic Foam公司和Solazyme公司一起合作开发出了一款全新的冲浪板,其主要材料聚亚安酯是由藻油合成。微藻中富含油脂,可先将藻细胞中的油脂提取后转化成多元醇,然后混合硅酸盐和催化剂合成聚亚安酯膨化泡沫材料。

聚亚安酯膨化泡沫材料
聚亚安酯膨化泡沫材料

3 微藻细胞合成生物塑料

聚羟基丁酯(PHB)是一种生物可降解塑料材料,目前可由微生物发酵获得。有研究者将微生物中合成PHB的关键酶导入到三角褐指藻中,成功地在藻细胞内合成了PHB,但与微生物发酵法相比,目前利用微藻合成PHB的效率相对较低,还需要进一步开展相关研究,以提高生产效率。

藻细胞的电镜照(左边图为正常藻细胞,中间和右边图为产生PHB的藻细胞,白色颗粒即PHB)
藻细胞的电镜照(左边图为正常藻细胞,中间和右边图为产生PHB的藻细胞,白色颗粒即PHB)

目前,采用微藻与树脂的混合生物塑料无论从技术角度,还是经济性方面均具备了商业化应用的价值,而后两者——藻油合成聚亚安酯和藻细胞自身合成PHB在技术上具有一定的可行性,但在经济性方面,离商业化应用还是存在着较大差距。

 

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