Transformer les déchets alimentaires en bioplastiques biodégradables

La subvention de trois ans testera l’évolutivité et la faisabilité de la conversion de ces déchets en bioplastiques à l’échelle nationale et mondiale, dans le but de maintenir les coûts des bioplastiques produits aussi bas que possible. Contrairement aux plastiques traditionnels fabriqués à partir de matériaux à base de pétrole, les bioplastiques sont fabriqués à partir d’éléments biologiques tels que des huiles végétales ou animales et se dégradent naturellement dans le compost et les cours d’eau.

Près de 40 % des aliments produits aux États-Unis finissent dans des décharges, ce qui représente la plus grande composante des déchets municipaux du pays. Cela entraîne non seulement des émissions de gaz à effet de serre, mais entraîne également une perte économique annuelle de 165 milliards de dollars provenant de la nourriture, de l’eau, de l’énergie et des produits chimiques dépensés dans la chaîne d’approvisionnement alimentaire.

Le projet relève également le défi de la pollution plastique océanique qui devient de plus en plus apparente, les microplastiques affectant près de 88% de toutes les espèces marines, selon le World Wildlife Fund. Parce qu’ils peuvent être rapidement biodégradables dans l’eau, ces plastiques réduiront l’impact durable sur la vie marine à travers le monde.

Le premier projet pilote du genre développera et démontrera un système de biotraitement modulaire abordable pour produire des bioplastiques biodégradables à partir de déchets alimentaires.

« Ce projet pilote est un moment décisif dans la production de plastiques », a déclaré Zhiwu « Drew » Wang, le chercheur principal, professeur adjoint au Département de génie des systèmes biologiqueset directeur de la Centre de Recherche Appliquée sur l’Eau et d’Innovation. « Nous fournirons un plan sur la façon de produire en masse des plastiques biologiques. »

Le résultat de ce projet de trois ans sera un processus qui fournira des produits bioplastiques commercialisables fabriqués à partir de déchets alimentaires. La réutilisation des déchets alimentaires pour la production de bioplastique pourrait aider à réduire la quantité d’enfouissement et les coûts de gestion des déchets, à compenser la production de plastique à base de pétrole et la pollution, et à minimiser les émissions de gaz à effet de serre.

« Nous voulons que ces plastiques écologiquement durables soient utiles aux personnes, aux entreprises, à la gestion des déchets et aux communautés du monde entier », a déclaré Wang, dont le département fait partie du College of Agriculture and Life Sciences et du Collège d’ingénierie.

Les plastiques traditionnels sont fabriqués à partir d’huile à base de pétrole. Suivant ce même principe, le bioplastique peut être fabriqué à partir d’huile biologique, telle que la graisse animale, les huiles végétales ou la « graisse » microbienne.

Les chercheurs utilisent des micro-organismes pour consommer les déchets alimentaires, ce qui permettra aux micro-organismes de développer des graisses – ou des huiles biologiques. Une fois que les micro-organismes ont suffisamment de graisses, leurs cellules sont ouvertes et la graisse est libérée. Une fois la graisse purifiée, elle peut être transformée en bioplastique.

Wang travaille en collaboration avec d’autres professeurs du campus, dont Haibo Huang, professeur agrégé au Département des sciences et technologies alimentaireset Young Kim, professeur agrégé en systèmes d’emballage et conception logé dans le Département des biomatériaux durables dans le Collège des ressources naturelles et de l’environnement.

L’équipe de Huang se concentre sur la séparation et la purification des polyhydroxyalcanoates (PHA), les graisses polymères produites par la fermentation des déchets alimentaires par les cellules microbiennes.

Kim se concentre sur l’utilisation des PHA purifiés pour fabriquer des produits bioplastiques de grande valeur, tels que des systèmes d’emballages rigides et flexibles compostables à domicile, notamment des bouteilles, des films d’emballage et des cartons enduits de PHA pour les produits d’emballage à usage unique, qui sont très demandés en raison de la pandémie. .

Le processus de fermentation utilisé par les chercheurs implique quelque chose de similaire à un spectacle vu dans les microbrasseries – de grandes cuves de fermentation. Une fois qu’une entreprise de collecte de déchets a livré les déchets alimentaires, ceux-ci sont catégoriquement séparés en fonction de la composition des aliments, de sorte que des micro-organismes spécifiques peuvent décomposer les types spécifiques de déchets alimentaires. Une fois la nourriture décomposée, les cellules bactériennes sont ouvertes et les graisses sont capturées, purifiées et transformées en produits en plastique que la société utilise quotidiennement.

Wang a déclaré que ce projet était exactement la raison pour laquelle il avait rejoint Virginia Tech et le College of Agriculture and Life Sciences – pour avoir un impact durable et significatif grâce à la recherche appliquée.

« Je veux concentrer mes recherches sur des domaines qui peuvent rapidement traduire les résultats de laboratoire en applications industrielles », a déclaré Wang. « Je veux résoudre des problèmes du monde réel et produire des choses utiles aux communautés et à l’industrie. Je suis ravi de voir les effets de cette recherche hautement appliquée à l’avenir.

Source: VirginieTech