پلاستیک های زیستی

در انتهاى جاده اى سنگلاخى در ايالت آيواى مركزى، يك كشاورز در افق، به جايى خيره شده است كه تا چشم كار مى كند گياهان بلند و برگ دار ذرت قرار دارند و زير نسيم موج مى زنند. او لبخندى مى زند زيرا چيزى در مورد كشتزارش مى داند كه كمتر كسى از آن آگاه است چون نه فقط دانه هاى ذرت در سنبله آن رشد مى كنند بلكه گرانول هاى پلاستيك نيز در ساقه و برگ هاى آن توليد مى شوند.به نظر مى رسد كه ايده رشد دادن پلاستيك «كه در آينده نزديك قابل حصول است» جالب تر از ساخت پلاستيك ها در كارخانجات پتروشيمى باشد. در اين كارخانجات هر ساله حدود ۲۷۰ ميليون تن نفت و گاز مصرف مى شود. در واقع سوخت هاى فسيلى علاوه بر انرژى، مواد اوليه را نيز براى تبديل نفت خام به پلاستيك هاى معمولى از قبيل پلى استايرن، پلى اتيلن و پلى پروپيلن فراهم مى كنند. كاربرد پلاستيك ها در تمام شئونات زندگى، گسترده شده است و نمى توان روزى، زندگى بدون پلاستيك را تصور كرد چون از بطرى هاى شير و نوشابه گرفته تا لباس و قطعات خودرو از پلاستيك هستند، گرچه اين توليد زياد پلاستيك ها اساساً زير سئوال رفته است. انتظار مى رود منابع شناخته شده ذخيره جهانى نفت تا ۸۰ سال ديگر تمام شوند و اين در مورد گاز طبيعى ۷۰ سال و براى زغال ۷۰۰ سال است، اما تاثيرات اقتصادى كاهش اين منابع خيلى زودتر فرا خواهد رسيد. وقتى منابع كاهش يابد، قيمت ها هر روز بالا خواهد رفت و اين واقعيتى است كه نمى تواند از كانون توجه سياستگزاران خارج شود. چند سال قبل كلينتون رئيس جمهور آمريكا در ماه اوت ۱۹۹۹ يك دستورالعمل اجرايى صادر كرد و طى آن تاكيد كرد كه بايد كار محققين به سمت جايگزينى سوخت هاى فسيلى با مواد گياهى به عنوان سوخت و نيز به عنوان مواد خام جهت گيرى شود. با توجه به اين نگرانى ها، تلاش مهندسين بيوشيمى براى كشف چگونگى رشد پلاستيك گياهى از دو جهت سبز است: يكى اينكه قابل ساخت از منابع تجديدپذير است و ديگر اينكه اساساً پلاستيك توليدى پس از دور ريختن قابل تجزيه بيولوژيكى است.اما تحقيقات اخير ترديدهايى در مورد صحت اين ديدگاه ها به وجود آورده است. اول اينكه، توانايى تجزيه بيولوژيكى داراى «هزينه پنهانى» است. بدين معنى كه با تجزيه پلاستيك ها دى اكسيدكربن و متان تشكيل و متصاعد مى شود كه اين گازها، جزء گازهاى به دام افكننده گرما يا گازهاى گلخانه اى هستند كه كوشش هاى امروزه جهانى در جهت كاهش آنها است. علاوه بر اين، هنوز به سوخت هاى فسيلى براى ايجاد انرژى مورد نياز فرايند استخراج پلاستيك از گياهان نياز است. براساس محاسبات، اين نياز به انرژى بسيار بيشتر از آن چيزى بود كه فكر مى شد. در اينجا است كه بايد گفت توليد موفقيت آميز پلاستيك هاى سبز در گرو اين است كه محققان بتوانند با روش هاى با صرفه، بر موانع مصرف انرژى غلبه كرده در عين حال نيز هيچ بارى بر محيط زيست اضافه نكنند. توليد سنتى پلاستيك ها متضمن مصرف بسيار زياد سوخت فسيلى است. خودروها، كاميون ها، هواپيماها و نيروگاه ها بيشتر از ۹۰ درصد از مواد توليدى پالايشگاه ها را مى بلعند، اما پلاستيك ها از بقيه آن استفاده مى كنند كه اين مقدار تنها در آمريكا حدود ۸۰ ميليون تن در سال است.تا به امروز كوشش صنايع بيوتكنولوژيكى و كشاورزى در مورد جايگزينى پلاستيك هاى معمولى با پلاستيك هاى گياهى به سه ديدگاه منجر شده است كه عبارتند از: تبديل شكرهاى گياهى به پلاستيك، توليد پلاستيك در داخل بدن ميكروارگانيسم هاى گياهى، رشد پلاستيك در ذرت و ديگر غلات.شركت كارگيل (Cargill) يكى از غول هاى صنايع كشاورزى به همراه شركت داو (Dow) برترين شركت شيميايى جهان، چند سال پيش به توسعه ديدگاه اول همت گماشتند كه به تبديل شكر حاصل از ذرت و ديگر گياهان پلاستيكى به نام پلى لاكتيد (PLA) منجر شد. در مرحله اول ميكروارگانيسم ها شكر را به اسيدلاكتيك تبديل مى كنند و در مرحله بعدى، به طور شيميايى مولكول هاى اسيد لاكتيك به يكديگر متصل مى شوند تا زنجيره اى مشابه زنجيره پلى اتيلن ترفنالات (PET) كه پلاستيكى پتروشيميايى است و در بطرى نوشابه هاى خانواده و در الياف لباس ها استفاده مى شود، به دست آيد. در واقع جست وجوى محصولات جديد از شكر ذرت، جزيى از فعاليت هاى طبيعى شركت كارگيل بود كه با استفاده از كارخانه هاى آسياى مرطوب دانه هاى ذرت را به محصولاتى از قبيل شربت با فروكتوز بالاى ذرت، اسيد سيتريك، روغن نباتى، بيواتانول و غذاهاى حيوانات تبديل مى كند. در سال ۱۹۹۹ كارخانه هاى اين شركت ۳۹ ميليون تن ذرت را فرايند كردند كه اين مقدار تقريباً ۱۵ درصد كل برداشت ذرت آمريكا در آن سال بود. در ابتداى سال ۲۰۰۰ مجموعه كارگيل- داو طرحى با سرمايه ۳۰۰ ميليون دلار به منظور توليد انبوه پلاستيك جديدشان راه اندازى كرد. اين طرح با نام تجارى Nature Works و براى توليد انبوه PLA ارائه شد.ديگر شركت ها از جمله صنايع شيميايى سلطنتى (ICI) روش هايى براى توليد نوع دوم اين پلاستيك ها ابداع كردند. اين پلاستيك پلى هيدروكسى آلكانوايت (PHA) نام دارد. PHA شبيه PLA از شكر گياهى ساخته شده و تجزيه پذير است. البته در مورد PHA يك باكترى به نام Ralstona eutropha شكر را مستقيماً به پلاستيك تبديل مى كند. براى توليد PLA يك مرحله شيميايى خارج از ارگانيسم بايد انجام گيرد اما در توليد PHA، اين زنجيره به طور طبيعى در داخل ميكروارگانيسم تا ۹۰ درصد از جرم سلول منفرد به صورت گرانول تجمع مى كند.در پاسخ به بحران نفت در دهه ،۱۹۷۰ ICI فرايند تخميرى در مقياس صنعتى خود را كه طى آن ميكروارگانيسم ها شكر را به PHA تبديل مى كنند، با ظرفيت چند تن در سال ارائه كرد. شركت هاى ديگرى اين پلاستيك را قالب ريزى كرده و از آن اقلام تجارتى مثل تيغ ريش قابل تجزيه بيولوژيكى و بطرى هاى شامپو ساخته و به بازار ارائه كردند. اما اين اقلام پلاستيكى اساساً قيمت بالاترى از اقلام با پلاستيك هاى معمولى داشتند و هيچ مزيت عملكردى به غير از تجزيه پذيرى بيولوژيكى نداشتند. در سال ۱۹۹۵ شركت مونسانتو (Monsanto) فرايند و دستگاه هاى مربوطه را خريدارى كرد، اما سودآورى آن هم مبهم باقى مانده است. بسيارى شركت ها و گروه هاى علمى و نيز شركت مونسانتو كوشش هاى خود را معطوف به سومين ديدگاه توليد PHA يعنى رشد دادن پلاستيك در گياه كرده اند. با تصحيح ژنتيكى گياه غله مى توان آن را قادر به سنتز پلاستيك ساخت و در نتيجه فرايند تخمير را حذف كرد. يعنى به جاى رشد دادن غله، سپس برداشت آن، فرايند كردن آن، توليد شكر و نهايتاً تخمير شكر و توليد پلاستيك مى توان مستقيماً پلاستيك را در خود گياه ساخت. بسيارى محققين اين ديدگاه را جذاب ترين و با بازده ترين راه حل ساخت پلاستيك از منابع انرژى تجديدپذير مى دانند. طى اين سال ها گروه هاى زيادى در تعقيب اين هدف بوده و هستند.146841.jpgدر اواسط دهه ۱۹۸۰ استيون اسلاتر (Steven C.Salter) عضو گروهى بود كه وظيفه آن جداسازى ژن هاى سازنده پلاستيك از باكترى بود. محققين پيش بينى مى كنند كه قرار دادن اين آنزيم ها در داخل يك گياه مى تواند تبديل استيل كوآنزيم A (ماده ى كه حين تبديل نور خورشيد به انرژى، به طور طبيعى در گياه تشكيل مى شود) به نوعى پلاستيك را انجام پذير سازد. در سال ۱۹۹۲ همكارى بين دانشمندان دانشگاه دولتى ميشيگان و دانشگاه جيمز ماديسون با اين هدف شروع شد. محققين با انجام مهندسى ژنتيك روى گياه Arabidopsis Thalianan توانستند نوعى PHA ترد بسازند. دو سال بعد شركت مونسانتو كار براى ساخت نوع انعطاف پذيرتر PHA را روى يك گياه معمول تر يعنى ذرت شروع كرد. از آنجا كه توليد پلاستيك نمى تواند با توليد غذا رقابت كند، محققين هدف خود را به سوى استفاده از قسمت هايى از گياه ذرت كه برداشت نمى شود (مثل برگ و ساقه) متوجه ساختند. رشد دادن پلاستيك در برگ و ساقه به كشاورزان هنوز اين امكان را مى دهد كه بتوانند با كمباين هاى معمولى ميوه ذرت را برداشت كرده و با زيرورو كردن مجدد مزرعه، برگ ها و ساقه هاى حاوى پلاستيك را برداشت كنند. برخلاف توليد PHA و PLA به روش تخمير كه بايد با استفاده از زمين براى توليد ذرت براى ديگر مقاصد رقابت كند، رشد دادن PHA در برگ و ساقه ذرت اين امكان را به وجود مى آورد كه بتوان ذرت و پلاستيك را به طور همزمان از يك مزرعه به دست آورد. ضمناً با استفاده از گياهان مناسب شرايط نامساعد مثل Switch grass مى توان از اين تقابل بين توليد پلاستيك و ديگر استفاده ها از زمين جلوگيرى كرد. يعنى لزومى ندارد كه فقط زمين هاى مخصوص كشت ذرت را به اين كار اختصاص دهيد. محققين به پيشرفت هاى فنى وسيعى در زمينه افزايش ميزان پلاستيك در گياه و همچنين تغيير زنجيره پلاستيك به منظور حصول به خواص مفيد، دست يافته اند. گرچه اين نتايج وقتى مستقلاً ديده مى شوند تشويق كننده اند ولى حصول به هر دو ويژگى يعنى تركيب مفيد و نيز ميزان بالاى پلاستيك در گياه خود يك مشكل است. تاكنون اثبات شده است كه كلروپلاست هاى برگ بهترين مكان براى توليد پلاستيك هستند. اما كلروپلاست ها اعضاى سبزى هستند كه وظيفه شان جذب نور است و اين در حالى است كه غلظت بالاى پلاستيك از فتوسنتز جلوگيرى كرده و بازدهى گياه را كاهش مى دهد. همچنين جداسازى پلاستيك از گياه خود يك چالش است. ابتدائاً محققين شركت مونسانتو تاسيسات استخراج را به عنوان واحد جانبى كارخانه فرآورى ذرت در نظر گرفتند. اما وقتى اين واحد را روى كاغذ طراحى كردند متوجه شدند استخراج و جمع آورى پلاستيك به مقادير زيادى حلال نياز دارد كه در نتيجه مى بايست بعداً به منظور استفاده مجدد بازيابى شود. اين زيرساختار فرايند از لحاظ اندازه با كارخانه هاى موجود پتروشيميايى برابرى مى كند و اندازه كارخانه آسياى ذرت را به شدت افزايش مى دهد. بايد توجه داشت كه انجام سرمايه گذارى و گذشت زمان باعث مى شود كه محققين بر اين موانع فنى غلبه كنند.اما اينجا سئوالى كه مطرح مى شود اين است كه كدام راه حل ارزشمندتر است؟ وقتى انرژى و ماده خام لازم براى هر مرحله رشد PHA در گياهان، برداشت، خشك كردن برگ و ساقه، استخراج PHA از برگ و ساقه، تخليص پلاستيك، جداسازى و بازيايى حلال و تبديل پلاستيك به رزين را بررسى كنيد خواهيد ديد كه اين ديدگاه، انرژى خيلى بيشترى نسبت به توليد مواد پلاستيكى از منابع فسيلى در اغلب روش هاى پتروشيميايى، مصرف مى كند. در يك تحقيق كه اخيراً تكميل شده است، محققين متوجه شدند كه ساخت يك كيلوگرم PHA از گياه ذرت (تصحيح شده ژنتيكى) حدود ۳۰۰ درصد انرژى بيشتر از ۲۹ مگاژول لازم براى ساخت مقدار برابر پلى اتيلن (ساخته شده از سوخت فسيلى) مصرف مى كند. بنابراين نااميدانه بايد گفت مزيت استفاده از ذرت به جاى نفت به عنوان ماده خام، جبران كننده اين ميزان اختلاف در انرژى مصرفى نيست. براساس الگوهاى امروزى مصرف انرژى در صنايع فرآورى ذرت، براى توليد يك كيلوگرم PHA نياز به ۶۵/۲ كيلوگرم سوخت فسيلى است. براساس اطلاعات جمع آورى شده توسط جامعه سازندگان اروپايى پلاستيك ها (APME) از ۳۶ كارخانه اروپايى توليد پلاستيك، تخمين زده شد كه براى توليد يك كيلوگرم پلى اتيلن تنها به ۲/۲ كيلوگرم نفت و گاز طبيعى نياز است كه تقريباً نصف آن در محصول نهايى ظاهر مى شود. اين موضوع به اين معنى است كه تنها ۶۰ درصد از مقدار نفت و گاز مصرفى يعنى ۳/۱ كيلوگرم از آن به منظور توليد انرژى سوزانده مى شود.با توجه به اين مقايسه، ممكن نيست متقاعد شويد كه رشد دادن پلاستيك در ذرت و سپس استخراج آن توسط انرژى ناشى از سوخت هاى فسيلى باعث حفظ منابع فسيلى مى شود. در واقع با جايگزينى منبع تجديدپذير به جاى منبع تجديدناپذير، ناگزير به استفاده از مقدار بيشترى از آن خواهيد شد. در مطالعه قديمى ترى، آقاى «تيلمان جرن جروس» (Tilman Gorngross) كشف كرد كه توليد يك كيلوگرم PHA به وسيله تخمير ميكروبى همان ميزان سوخت فسيلى، يعنى ۳۹/۲ كيلوگرم، نياز دارد. اين نتايج مايوس كننده قسمتى از دلايلى بود كه براساس آن شركت مونسانتو، پيشرو توليد PHA از گياه، سال گذشته اعلام كرد كه توسعه چنين سيستم هاى توليد پلاستيك را متوقف خواهد كرد. هم اكنون تنها پلاستيك كارخانه اى به اين روش كه صنعتى شده است، پلاستيك PLAى Cargill- Dow است. اين فرايند ۲۰ تا ۵۰ درصد منابع فسيلى كمترى نسبت به ساختن پلاستيك از نفت مصرف مى كند، اما هنوز از ديدگاه انرژى بسيار پرمصرف تر از بسيارى فرايندهاى پتروشيميايى است. مسئولان شركت انتظار دارند نهايتاً بتوانند ميزان انرژى لازم را كاهش دهند. راه ديگر همانا توسعه ديگر منابع شكر گياهى كه انرژى كمترى براى فرآورى نياز دارند، (مثل گندم و چغندر) است كه مى تواند استفاده از سوخت هاى فسيلى را كاهش دهد.در همين زمان، دانشمندان در Cargill- Dow تخمين مى زنند اولين تاسيسات ساخت PLA كه هم اكنون در Blair نبراسكا در حال ساخت است، بتواند براى هر كيلوگرم پلاستيك ۵۶ مگاژول انرژى مصرف كند كه اين مقدار ۵۰ درصد بيشتر از انرژى لازم براى PET ولى ۴۰ درصد كمتر از نايلون است.انرژى لازم براى توليد پلاستيك هاى گياهى دومين و حتى اولين مشكل زيست محيطى اين فرايند است.نفت اولين منبع براى توليد پلاستيك هاى معمول است، اما ساخت پلاستيك از گياهان عمدتاً بر زغال و گاز طبيعى تكيه دارد كه براى راه انداختن مزارع ذرت و صنايع فرآورى ذرت مصرف مى شود. به همين دليل تعدادى از روش هاى گياهى از سوخت هاى كمياب (نفت) به سوخت هاى فراوان (زغال) تغيير سوخت داده اند. بعضى متخصصان معتقدند اين تغيير سوخت گامى به سمت توسعه پايدار است. موضوع فراموش شده در اين منطق، اين حقيقت است كه تمامى سوخت فسيلى مصرف شده براى ساخت پلاستيك ها از مواد خام تجديدپذير (ذرت) مى بايست سوخته شوند تا انرژى توليد كنند، در حالى كه در فرايندهاى پتروشيميايى قسمت عمده اى از سوخت به محصول نهايى تبديل مى شود.سوزاندن سوخت بيشتر باعث وخيم تر كردن مشكل ديگرى مى شود كه آن افزايش انتشار گازهاى گلخانه اى مثل دى اكسيدكربن است. همچنين به طور طبيعى ديگر انتشارات مرتبط با احتراق سوخت فسيلى، مثل دى اكسيد گوگرد نيز افزايش مى يابد. اين گاز باعث توليد باران اسيدى مى شود و مورد نگرانى است. بايد توجه داشت كه هر فرايندى كه انتشار چنين گازهايى را افزايش دهد، در تقابل با پروتكل كيوتو قرار مى گيرد. اين قرارداد ناشى از كوشش بين المللى است كه توسط سازمان ملل به منظور تصحيح كيفيت هوا و محدود كردن گرم شدن جهانى از طريق كاهش دى اكسيدكربن و ديگر گازهاى مسئول در اتمسفر برقرار شده است.چنين نتيجه گيرى از تحليل هاى ارائه شده، اجتناب ناپذير است. مزيت زيست محيطى رشد پلاستيك ها در گياهان در سايه مضراتى چون افزايش مصرف انرژى و افزايش انتشار گازها قرار گرفته است. به نظر مى آيد PLA تنها پلاستيك گياهى باشد كه بتواند در اين زمينه رقابت كند. گرچه اين راه حل به اندازه ساخت PHA در گياه مناسب نيست، اما داراى مزايايى است كه يك فرايند را با بازده جلوه گر مى كند. يعنى نياز به انرژى كم و درصد بالاى تبديل (بيش از ۸۰ درصد از هر كيلوگرم از شكر گياهى در محصول نهايى ظاهر مى شود). اما به رغم PLA بر پلاستيك گياهى، حين توليد اين پلاستيك به ناچار مقادير بيشترى گاز گلخانه اى نسبت به فرايندهاى پتروشيميايى مشابه منتشر مى شود.
استفن اسلاتر، تلمن گرنگراسترجمه: عبدالله مصطفايى- محمد طغرايى

اطرافمان انباشته از پلاستیک شده است. هر کاری که انجام می دهیم و هر محصولی را که مصرف می کنیم، از غذایی که می خوریم تا لوازم برقی به نحوی با پلاستیک سرو کار داشته و حداقل در بسته بندی آن از این مواد استفاده شده است.

در کشوری مثل استرالیا سالانه حدود یک میلیون تن پلاستیک تولید می شود که 40 درصد آن صرف مصارف داخلی می گردد. در همین کشور هر ساله حدود 6 میلیون بسته یا کیسه پلاستیکی مصرف می شود.

گرچه بسته بندی پلاستیکی با قیمتی نازل امکان حفاظت عالی از محصولات مختلف خصوصاً مواد غذایی را فراهم می کند ولی متاسفانه معضل بزرگ زیست محیطی حاصل از آن گریبانگیر بشریت شده است. اکثر پلاستیک های معمول در بازار از فرآورده های نفتی و ذغال سنگ تولید شده و غیر قابل بازگشت به محیط هستند و تجزیه آنها و برگشت به محیط چند هزار سال طول می کشد.

به منظور رفع این مشکل، محققان علوم زیستی در پی تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر از منابع تجدید شونده مثل ریزسازواره ها و گیاهان می باشند.

واژه زیست تخریب پذیر یا Biodegradable به معنی موادی است که بسادگی توسط فعالیت موجودات زنده به زیر واحدهای سازنده خود تجزیه شده و بنابراین در محیط باقی نمانند.

استانداردهای متعددی برای تعیین زیست تخریب پذیری یک محصول وجود دارد که عمدتاً به تجزیه 60 تا 90 درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود می گردد. این استاندارد در کشورهای مختلف متفاوت است.

اما دلیل اصلی زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیک های معمول، طویل بودن طول مولکول پلیمر و پیوند قوی بین مونومرهای آن بوده که تجزیه آن را توسط موجودات تجزیه کننده با مشکل مواجه می کند.



نمونه بسته بندی با پلاستیک زیست تخریب پذیر

با این حال تولید پلاستیک ها با استفاده از منابع طبیعی مختلف، باعث سهولت تجزیه آنها توسط تجزیهکنندگان طبیعی می گردد. برای این منظور و با هدف داشتن صنعتی در خدمت توسعه پایدار و حفظ زیستبوم های طبیعی، تولید نسل جدیدی از مواد اولیه مورد نیاز صنعت بر اساس فرآیندهای طبیعی در دستور کار بسیاری از کشورهای پیشرفته قرار گرفته است.

به طور مثال دولت امریکا طی برنامه ای بنا دارد تا سال 2010، تولید مواد زیستی را با استفاده از کشاورزی و با بهره برداری از انرژی خورشید با درآمد تقریبی 15 تا 20 میلیارد دلار انجام دهد.

در این بین تولید پلیمرهای زیستی جایگاه خاصی دارند. تولید اینگونه پلیمرها توسط طیف وسیعی از موجودات زنده مثل گیاهان، جانوران و باکتری ها صورت می گیرد. چون این مواد اساس طبیعی دارند، بنابراین توسط سایر موجودات نیز مورد مصرف قرار می گیرند و تجزیه کنندگان از جمله مهم ترین این موجودات زنده در موضوع مورد بحث ما می باشند.

برای بهره برداری از این پلیمرها در صنعت دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:



الف) دید محیط زیستی: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاک را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند.

ب) دید صنعتی: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و کارایی را داشته باشند و از همه مهمتر، پس از برابری یا بهبود کیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبی داشته باشند.

در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است.

همانطور که ذکر شد، تولید پلیمرهای تجدید شونده با بهره برداری از کشاورزی، یکی از روش های تولید صنعتی پایدار می باشد. برای این منظور دو روش اصلی وجود دارد:

نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه می باشد. پلیمرهایی که از این روش تولید می شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبرها و چربی های گیاهی می باشند که به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی کاربرد دارند.

دسته دیگر موادی هستند که پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده شوند.

مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند که مثال بارز آن پلی هیدروکسی آلکانوات ها می باشند.

باکتری ها از جمله موجوداتی هستند که این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیکره سلولی خود تولید می کنند. این باکتری به سهولت در محیط کشت رشد داده شده و محصول آن برداشت می شود.

رهیافت دیگر جداسازی ژن های درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان می باشد که پروژه هایی در این زمینه از جمله انتقال ژن های باکتریایی تولید PHA به ذرت انجام شده است.

نکته ای که نباید از نظر دور داشت این است که علی رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار کمتر از پلاستیک های سنتی باشد؛ چرا که بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد.

در ادامه مبحث، تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر PHA به طور اختصاصی مورد بررسی قرار می گیرد.

تقریباً تمامی پلاستیک‌های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی که غیر قابل برگشت به محیط می‌باشند، به دست می‌آیند. راه‌حل جایگزین برای این منظور، بهره‌برداری از باکتری های خاکزی مانند Ralstonia eutrophus می‌باشد که تا ۸۰ درصد از توده زیستی خود قادر به انباشتن پلیمرهای غیر سمی و تجزیه‌پذیر پلی هیدروکسی آلکانوات (PHA) هستند.

PHA ها عموماً از زیرواحد بتاهیدروکسی آلکانوات و به واسطه مسیری ساده با ۳ آنزیم از استیل-کوآنزیم A ساخته شده و معروف‌ترین آنها پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) می‌باشد.

در خلال دهه ۸۰ میلادی شرکت انگلیسی ICI فرآیند تخمیری را طراحی و اجرا کرد که از آن طریق PHB و سایر PHA ها را با استفاده از کشت E.coli تراریخته که ژن‌های تولید PHA را از باکتری‌های تولید کننده این پلیمرهای دریافت کرده بود، تولید می‌کرد.

متاسفانه هزینه تولید این پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر، تقریباً ۱۰ برابر هزینه تولید پلاستیک‌های معمولی بود.

با وجود مزایای بی‌شمار زیست محیطی این پلاستیک‌ها مثل تجزیه کامل آنها در خاک طی چند ماه، هزینه بالای تولید آنها، باعث اقتصادی نبودن تولید تجارتی در مقیاس صنعتی بود.

با این وجود بازار کوچک و پرسودی برای این محصولات ایجاد شد و از پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر برای ساخت بافت های مصنوعی بهره‌برداری گردید. با وارد کردن این پلاستیک ها در بدن، آنها به تدریج تجزیه شده و بدن بافت طبیعی را در قالب پلاستیک وارد شده دوباره‌سازی می‌کند. در این کاربرد تخصصی پزشکی، قیمت اینگونه محصولات زیستی قابل مقایسه با کاربردهای کم ارزش اقتصادی پلاستیک در صنایع اسباب بازی، تولید خودکار و کیف نمی‌باشد.

هزینه تولید PHA ها با تولید آنها در گیاهان تراریخته و کشت وسیع در زمینهای کشاورزی، به نحو قابل ملاحظه‌ای کاهش خواهد یافت. این موضوع باعث شد که شرکت مونسانتو در اواسط دهه ۹۰ میلادی امتیاز تولید PHA را از شرکت ICI کسب نماید و به انتقال ژن های باکتری به گیاه منداب بپردازد. مهیا کردن شرایط برای تجمع PHA ها در پلاستید به جای سیتوسل، امکان برداشت محصول پلیمری را از برگ و دانه ایجاد کرد.

مهمترین مشکل لاینحل باقی مانده در بخش فنی این پروژه، نحوه استخراج این پلیمر از بافت های گیاهی با روشی کم هزینه و کارآمد می‌باشد.

مشکل دیگر در زمینه PHB می‌باشد که در حقیقت مهم‌ترین گروه از PHA ها بوده ولی متاسفانه شکننده بوده و در نتیجه برای بسیاری از کاربردها مناسب نمی‌باشد. بهترین پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر، کوپلیمرهای پلی هیدروکسی بوتیرات با سایر PHA ها مثل پلی هیدروکسی والرات می‌باشند. تولید اینگونه کوپلیمرها در گیاهان تراریخت بسیار سخت تر از تولید پلیمرهای تک مونومر می‌باشد. در سال ۲۰۰۱ این مشکلات به همراه مسایل مالی شرکت مونسانتو باعث شد تا این شرکت، امتیاز تولید PHA تراریخت را به شرکت Metabolix واگذار کند.

شرکت Metabolix در قالب یک پروژه مشارکتی با وزارت انرژی آمریکا به ارزش تقریبی 8/14 میلیون دلار، برای تولید PHA در گیاهان تراریخته تا پایان دهه ۲۰۱۰ میلادی تلاش می‌کند.

گروه های دیگری نیز برای تولید PHA در گیاهانی مثل نخل روغنی تلاش می‌کنند.

باید منتظر بود تا سرانجام شاهد تولید اقتصادی این محصولات دوستدار محیط زیست در آینده‌ای نزدیک بود.

به نقل از وبلاگ كسري 13

Hand book of Plant Biotechnology (2004), Paul Christou and Haraly Klee, WILEY.
PHA production, from bacteria to plants (1999), Valentine et al., Int J Biol Macromol 25: 303-6.
Bacteria and other biological systems for polyester production (1998), Steinbuchel and Fuchtenbusch, Trends Biotechnol 16: 419-27