فیبر کربن: انقلاب در بازیافت با قارچ! (از زباله تا دارو)

تحولات تازه در بازیافت الیاف کربن

امروزه، مواد کامپوزیتی الیاق کربن تقریباً تو هر جنبه‌ی صنعت وجود دارند و از چوب‌های هاکی گرفته تا هواپیماهای مسافربری، کاربرد دارن. با تولید صدها هزار تُن الیاف کربن در سراسر دنیا، دانشمندان در حال بررسی روش‌های مفید و مقرون‌به‌صرفه برای بازیابی این ماده هستن. اما بازیافت این الیاف که از رشته‌های اتم‌های کربن تشکیل شده و با یه ماتریس به هم پیوستن، به ویژه سخت و چالش‌برانگیزه.

برل اوکلی، استاد برجسته‌ی زیست‌شناسی مولکولی در دانشگاه کانزاس، میگه: «معمولاً این مواد در یه بافت قرار می گیرن و با یه ماتریس ترکیب میشن؛ که اغلب از اپوکسی یا پلی‌استایرن ساخته شده تا ساختار رو حفظ کنه.» اون ادامه می‌ده: «شما هم بافت رو دارید و هم ماتریس رو؛ پس هدف اینه که هم بافت رو بازیافت کنید و هم ماتریس رو بدون اینکه چیزی سمی یا بی‌فایده به وجود بیاد، از بین ببرید. ایده‌آل اینه که بتونید ارزش‌آفرینی کنید.»

در حال حاضر، تو یه فرآیند بیوتکنولوژیکی جدید که تازگیا تو مجله‌ی انجمن شیمی آمریکا منتشر شده، اوکلی و همکاراش در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی یه روش شیمیایی برای خرد کردن و جدا کردن ماتریس از پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف کربن (CFRPs) ابداع کردن، طوری که الیاف کربن بازیافت‌شده، ویژگی‌های مکانیکی مشابهی با مواد اولیه‌ی تولیدیشون داشته باشن.

یکی از محصولات اصلی حاصل از خرد شدن ماتریس، اسید بنزوئیک هست. اوکلی برای این‌که ارزش بیشتری به دست بیاره، یه نوع اصلاح‌شده‌ی ژنتیکی از قارچی به‌نام Aspergillus nidulans ساخته که می‌تونه از اسید بنزوئیک تغذیه کنه و یه ترکیب شیمیایی باارزش به‌نام OTA (اسید اوکتا-2،4،6-ترینوئیک) تولید کنه.

تحقیقات تازه در زمینه‌ی بازیافت فیبر کربن

به گفته‌ی اوکلی و همکاراش در مقاله‌ی جدید، «این اولین سیستمیه که از هر دو بخشِ بافتِ الیافی و ماتریس پلیمریِ CFRP ارزش‌افزایی می‌کنه.» اوکلی همکار قدیمی نویسنده‌ی اصلی مقاله، کلی وانگ از دانشگاه کالیفرنیا جنوبی هستش. اون گفت: ما سال‌هاست که با آزمایشگاه اون برای تولید متابولیت‌های ثانویه در Aspergillus nidulans همکاری می‌کنیم.» متابولیت‌های ثانویه ترکیباتی هستن که قارچ تولید می‌کنه؛ مثل پنی‌سیلین که یه نمونش از این ترکیبات با فعالیت زیستی هستش و می‌تونه رقبای خودش رو از بین ببره. مسیر آسپرلین حاصل این تلاشه. آسپرلین یه متابولیت‌ ثانویه‌ست که ما تونستیم یه مسیر خاص اون رو فعال کنیم. و همچنین متوجه شدیم که OTA یه واسطه توی این مسیره و این یه ترکیب صنعتی با پتانسیل باارزشی به حساب میاد.

وانگ توی بیانیه‌ای که توسط دانشگاه USC منتشر شد، گفت: «OTA می‌تونه برای تولید محصولاتی با کاربردهای پزشکی، مثل آنتی‌بیوتیک‌ها یا داروهای ضدالتهابی استفاده بشه.» «این کشف خیلی مهمه؛ چون نشون می‌ده که یه روش جدید و کارآمدتر برای تبدیل موادی که قبلاً به عنوان زباله در نظر گرفته می‌شدن، به محصولاتی باارزش وجود داره که می‌تونن توی حوزه‌ی پزشکی استفاده بشن.»

اوکلی اضافه کرد که آزمایشگاه دانشگاه کانزاس تلاش خواهد کرد قارچ ویژه‌ی خودش رو با راندمان بیشتری توسعه بده و نیازهای مقیاس‌پذیری و سودآوری رو هم در نظر خواهد گرفت؛ تا روش جدید بازیافت فیبر کربن بتونه توی مقیاس صنعتی استفاده بشه. اون گفت: «از وقتی این کار رو شروع کردیم، سویه‌هایی رو توسعه دادیم که واقعاً از سویه‌های اولیه خیلی بهترن.» «این سویه‌های جدید احتمالاً نتایج بهتری خواهند داد، اما ما نیاز داریم کارهای بیشتری انجام بدیم تا این فرآیند رو به سمت سویه‌هایی مهندسی‌شده‌ی بهتر، پیش ببریم.»

اوکلی توی دانشگاه کانزاس توی این تحقیق با کوری جنکینسون، دانشجوی تحصیلات تکمیلی، همکاری داشت. توی دانشگاه USC، همکارای وانگ شامل کلاریسا الیوار، زهان یو، بن میلر، ماریا تانگالوس، استیون نات و تراویس ویلیامز بودن.