Stel je fabrieken voor. Maar niet de luide, rokerige. Denk aan stille tanks. Levende tanks.
Kunststof is kapot. Het valt uiteen in microfragmenten die in onze ingewanden, onze oceanen en onze lucht blijven hangen. BPA, ftalaten, kankerverwekkende stoffen: de lijst van wat plastic achterlaat is lang en onaangenaam. We hebben iets anders nodig. Iets dat groeit.
Onderzoekers van Rice University en de Universiteit van Houston hebben het ontdekt. Of beter gezegd, ze hebben het geleerd.
Ze ontwikkelden een nieuwe productietechniek voor bacteriële cellulose. Dit spul wordt niet door een mens in een laboratoriumfles gemaakt; het is geweven door microben. En als het goed wordt gedaan, kan het concurreren met staal en glas. De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Communications. Het uitgangspunt? Schaalbaar. Sterk. Een vervanging voor de wereld van plastic voor eenmalig gebruik die we hebben opgebouwd.
Dansende cellen maken sterkere vellen
Normaal gesproken groeien bacteriële cellulosevezels in het wild. Willekeurig. Als een tuimelaar gevangen in een briesje. Willekeurige groei betekent zwakke structuren. Het houdt geen stand onder stress.
Muhammad Maksud Rahman leidde het team. Hij is assistent-professor bij UH en adjunct bij Rice. Hij kent materialen. Hij wist dat chaos het probleem was. Dus zijn team, inclusief eerste auteur M.A.S.R. Saadi, een promovendus, bouwde een rotatiebioreactor.
Dit is geen statisch schip. Het draait. Het dwingt de bacteriën om te bewegen.
“We instrueren ze om in een specifiek pand te verhuizen,” legde Saadi uit.
De bacteriën voldoen. Hun beweging brengt de nanofibrillen van cellulose op één lijn. Zie het als het gladstrijken van een rimpel op moleculair niveau. Het resultaat? Platen met treksterktes tot 436 megapascal. Dat is sterk. Echt sterk. Voor een biopolymeer.
Daar stopten ze niet. Ze voegden nanovellen van boornitride toe. Nu hebben we het over hybride materialen. De kracht sprong naar ongeveer 553 megapascal. Het is ook flexibel. Opvouwbaar. Transparant. En het kan warmte verdragen. Drie keer sneller dan de controlemonsters. Dissipatie is de sleutel. Als je telefoon niet heet wordt of je elektronica niet smelt, heb je een winnaar.
Niet alleen sterk, maar ook slim
Is dit gewoon weer een laboratoriumnieuwsgierigheid? Nee. Saadi noemde het proces “het trainen van een gedisciplineerd bacterieel cohort.” Ik hou van dat beeld. Bacteriën tijdens marsoefeningen.
De uitlijning gebeurt tijdens de groei. Het is een enkele stap. Geen rommelige nabewerking. Dat is de magie. Schaalbaarheid kost meestal efficiëntie als ontbijt, en niet hier. Je kunt de additieven aanpassen. Pas de uitvoer aan.
Shyam Bhakta van Rice hielp met de biologie. Pulickel Ajayan en Matteo Pasquali leverden een bijdrage aan de materiaalkunde. Het is interdisciplinair. rommelig mensenwerk, perfect op elkaar afgestemd.
Wat vervangt dit eigenlijk?
- Structurele componenten
- Thermische beheersystemen
- Verpakking
- Groene elektronica
- Textiel
- Energieopslag
Kunststof is overal. Dit materiaal kan daar ook heen. Alleen laat het geen giftig afval achter. Rahman stelt zich voor dat deze vellen alomtegenwoordig zullen worden. Hij wil dat er een einde komt aan de plasticdominantie. Het is ambitieus. Misschien te ambitieus voor morgen, maar de wetenschap is gezond.
We financieren dit werk via de NSF, de U.S. Endowment for Forests and Communities, en de Welch Foundation. De standpunten zijn die van hen, niet noodzakelijkerwijs die van de financiers.
Dus hier zijn we. Een sterk, transparant laken gemaakt door microben die luisteren naar een draaiende tank. Het absorbeert warmte beter dan metaal. Het is sterker dan sommige keramieksoorten. En het rot zonder de grond te vergiftigen.
Het kan zijn dat de fabrieken voorlopig stil blijven. Maar de tanks draaien al. Zullen we ze de wereld laten vullen?
