کشف حیرت‌انگیز قارچ‌ها در بازیافت فیبر کربن!

پیشرفت‌های جدید در بازیافت الیاف کربن

امروزه، مواد الیاف کربن تقریباً در تمام صنایع پیشرفته جهان وجود دارند و در هر چیزی از چوب‌های هاکی تا هواپیماهای مسافربری یافت می‌شوند. با تولید صدها هزار تن الیاف کربن در سراسر جهان هر سال، دانشمندان به دنبال روش‌های مفید و مقرون به صرفه برای بازیافت این ماده هستند. اما الیاف کربن — رشته‌های اتم‌های کربن که در یک ماتریس به هم متصل شده‌اند — به ویژه در بازیافت به مواد جدید و مفید، چالش‌برانگیز است.

برل اوکلی، استاد ممتاز زیست‌شناسی مولکولی در دانشگاه کانزاس، می‌گوید: “این ماده معمولاً یک ماده بافته شده است که با یک ماتریس ترکیب شده و اغلب از اپوکسی یا پلی‌استایرن ساخته شده و آن را در کنار هم نگه می‌دارد. شما ترکیبی از پارچه و ماتریس دارید، بنابراین هدف این است که پارچه را برای استفاده مجدد بازیابی کنید و همچنین ماتریس را بدون ایجاد مواد سمی یا زائد حل کنید. ایده‌آل این است که از آن ارزش دوباره به دست آورید.”

اکنون، در یک فرایند بیوتکنولوژیکی جدید که به تازگی در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است، اوکلی و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا جنوبی یک روش شیمیایی برای تجزیه و حذف ماتریس از پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن (CFRPs) توسعه داده‌اند. این روش به گونه‌ای طراحی شده است که الیاف کربن بازیابی شده خواص مکانیکی مشابهی با زیرلایه‌های تولیدی اولیه داشته باشند.

یکی از محصولات اصلی تجزیه ماتریس، اسید بنزوئیک است و برای بازیابی ارزش بیشتر، اوکلی نسخه‌ای تغییر یافته ژنتیکی از قارچ Aspergillus nidulans را توسعه داده است که می‌تواند بر روی اسید بنزوئیک تغذیه کند و ترکیب شیمیایی ارزشمندی به نام OTA (اسید اوکتا-۲،۴،۶-ترینوئیک) تولید کند.

تحولی نوین در بازیافت الیاف کربن

به گفته اوکلی و همکارانش در مقاله جدید، “این اولین سیستمی است که ارزش بالایی را از هر دو بخش پارچه الیاف و ماتریس پلیمر در CFRP بازیابی می‌کند.” اوکلی همکار قدیمی نویسنده اصلی مقاله، کلی وانگ از دانشگاه کالیفرنیای جنوبی است. او گفت: “ما سال‌هاست که با آزمایشگاه او برای تولید متابولیت‌های ثانویه در Aspergillus nidulans همکاری می‌کنیم.”

متابولیت‌های ثانویه ترکیباتی هستند که قارچ تولید می‌کند — پنی‌سیلین نمونه بارز متابولیت ثانویه است — که فعالیت زیستی دارند، مانند مهار رقبای خود و غیره. مسیر آسپرلین نتیجه این کار است. آسپرلین یک متابولیت ثانویه است. ما موفق شدیم یک مسیر خاص را فعال کنیم و این محصول به دست آمد. ما متوجه شدیم که OTA یک واسطه در این مسیر است و OTA یک ترکیب صنعتی با ارزش بالقوه است.

وانگ در بیانیه‌ای که توسط USC منتشر شد، گفت: “OTA می‌تواند برای تولید محصولاتی با کاربردهای پزشکی، مانند آنتی‌بیوتیک‌ها یا داروهای ضدالتهابی استفاده شود. این کشف مهم است زیرا نشان می‌دهد که یک روش جدید و کارآمدتر برای تبدیل موادی که قبلاً به عنوان زباله در نظر گرفته می‌شدند به چیزی با ارزش که می‌تواند در پزشکی استفاده شود، وجود دارد.”

اوکلی همچنین گفت که آزمایشگاه KU او تلاش خواهد کرد تا قارچ تخصصی خود را حتی کارآمدتر کند، با در نظر گرفتن نیازهای مقیاس‌پذیری و سودآوری اگر روش جدید بازیافت الیاف کربن بخواهد در مقیاس صنعتی به کار گرفته شود. او افزود: “از زمانی که این کار آغاز شد، ما سویه‌هایی را توسعه داده‌ایم که واقعاً بهتر از سویه‌های اولیه هستند.”

این سویه‌های جدید احتمالاً نتایج بهتری خواهند داد، اما ما باید کارهای زیادی انجام دهیم تا این فرآیند را به سویه‌های بهبود یافته مهندسی کنیم. در KU، اوکلی در این تحقیق با دانشجوی تحصیلات تکمیلی، کوری جنکینسون، همکاری داشت. در USC، همکاران وانگ شامل کلاریسا الیوار، زهان یو، بن میلر، ماریا تانگالوس، استیون نات و تراویس ویلیامز بودند.