Blog · Forskning
Vi har trænet mikrober til at spise plast hurtigere. Sådan gjorde vi.
Standardkomposter behandler PLA som noget fremmed. Det har vi ændret på.
Standardkomposter behandler PLA som noget fremmed. Det har vi ændret på.
Læser man materialesiden her på sitet, så ved man allerede, at PLA er en polymer af mælkesyre, lavet af plantesukker, og at den under industriel kompostering brydes ned til vand, CO₂ og biomasse. Det er lærebogsbeskrivelsen. Den version, der bliver interessant, når man faktisk driver et komposteringsanlæg, er rodet, og det har vores forskning kredset om de seneste år.
Den korte version: de fleste mikrober i en typisk kompostbunke er ikke gearet til at fordøje PLA. De kan godt klare det med tiden, men PLA er et ukendt substrat for de fleste stammer, de møder, det optræder ikke i naturen i en mængde, en jordmikrobe ville have udviklet sig til at håndtere. En generisk kompostmasse med PLA i tager derfor som regel længere tid end den samme masse uden.
Det er et problem, hvis man prøver at drive et lukket kredsløb med en femdøgns afhentningscyklus. Enten må man acceptere langsommere batches og drive flere kompostmaskiner, eller også må man finde en måde at give mikroberne et forspring. Vi valgte forspringet.
Det første projekt, tilbage i 2022, var en screeningsundersøgelse. Vi tog jordprøver fra steder, hvor PLA havde været gravet ned eller komposteret i årevis, gamle industrielle komposteringsanlæg, universitære forsøgsmarker, og dyrkede de mikrobielle samfund under betingelser, der favoriserede PLA-nedbrydning. Alt, der ikke kunne overleve med PLA som hovedkulstofkilde, blev udsultet. Alt, der trivedes, blev isoleret og karakteriseret.
Ud kom en kortliste på omkring et dusin bakteriestammer, der kunne fordøje PLA i mærkbart højere tempo end gennemsnittet i en kompost. Nogle var allerede kendt fra litteraturen, visse Bacillus- og Geobacillus-arter, visse actinomyceter, og nogle få var en reel overraskelse. Vi snævrede listen ind til fire primære stammer ud fra temperaturtolerance (50–60 °C, fordi det er der, vores kompostmaskine kører) og vækstrate.
At gå fra en petriskål til en inokulant til kompostmaskinen er sin egen ingeniørmæssige opgave. Stammerne skal kunne vokse pålideligt i batch-fermentere, de skal overleve den behandling, der holder dem stabile indtil brug, og de skal være aktive, når de føres tilbage til kompostmaskinen. Vi har brugt meget tid på opbevaringssiden, forskellige stammer tåler forskellige stabiliseringsmetoder, og en stamme, der mister 80% af sin levedygtighed under opbevaring, kan ikke bruges i industriel mængde.
Den aktuelle produktion kører fra vores forskningslab i Taichung i tæt samarbejde med fabrikken. Outputtet er en stabiliseret inokulant, forestil dig en yoghurtkultur, bare til PLA, der sendes i kølede containere og doseres ind i kompostmaskinerne ved hver batchs start.
Dosering af inokulant ændrer ikke kemien i kompostmaskinen. PLA hydrolyseres stadig til kortere kæder, derfra til oligomerer, til mælkesyre og videre til CO₂ og vand. Det, der ændrer sig, er hastigheden af hvert trin.
I vores kompostmaskine er en typisk batch færdig på cirka 3 dage med aktiv inokulant-dosering, og mindre end 2% af den PLA, der er sendt ind, er tilbage som genkendelige fragmenter ved batchens afslutning. Den resterende modningsfase, der foregår uden for stedet hos Jysk Muld, tager sig af resten. Hvor meget materiale der er nedbrudt ved batchens slutning, er den variabel, der vejer tungest for aftageren længere nede i kæden; sælger man tørvefri kompost, så er plastfragmenter i sækken ikke det, ens kunder ønsker.
Vi er konservative med at hævde en præcis multiplikator for hastighedsforøgelsen. Det ærlige svar lyder "mærkbart kortere end en uinokuleret batch under samme forhold, og langt mindre ikke-nedbrudt materiale ved batchens slut", det eksakte forhold afhænger af variation i råvaren, som vi ikke selv kontrollerer.
Kompostmaskinen er ingeniørarbejde. Mikroberne er biologi. Batchtiden er det, der sker, når de to samarbejder.Dr. Shu Yuan Yang, forskningsdirektør
De aktuelle kulturer er tunet til PLA ved 50–60 °C. Vi har screenet for stammer, der håndterer stivelsesbaserede bioplasttyper (PHB og visse PHA-blandinger), fordi vi forventer, at de kommer ind i vores produktmix, efterhånden som fabrikken diversificeres. Vi kigger også på lavtemperaturstammer til arenaer, hvor vi ikke kan køre en fuldt opvarmet kompostmaskine, mindre kantiner og mindre events, fordi systemets rammer er anderledes der.
På lang sigt er drømmen et stammebibliotek, man kan matche til en råvare og en temperaturprofil på samme måde, som man vælger en gær til en vin. Der er vi ikke endnu. Men den underliggende pointe, at lukkede systemer ikke bare er "komposter det og gå", men har specifikke biologiske krav, man kan tilrettelægge sig efter, er der, hvor feltet bevæger sig hen. Produktet på bakken og kompostmaskinen bag på arenaen er historiens to synlige halvdele. Mikroberne er den usynlige tredje.
→ Hvad "komposterbar" egentlig betyder, og hvad det ikke betyder
Kredsløbssiden viser, hvor de trænede kulturer kobler sig på systemet, hvordan de doseres ind i kompostmaskinerne, og hvad der kommer ud i den anden ende.