מוצרי הפלסטיק הם קסנוביוטים בעלי מבנה קשיח, העשויים ממגוון של פולימרים, המהווים בעיה חמורה מאוד לסביבה בעקבות הקושי הרב בפירוקו הביולוגי. בעקבות זאת, הם יכולים להישאר באתרי פסולת במשך עשרות שנים ואף יותר. ניתן להביט על כמות הזמן שלוקח לפלסטיק להתפרק גם בצורה הבאה: אם הרומאים היו מייצרים פלסטיק, הפסולת המוצקה שלהם מאותה תקופה הייתה נשארת עד היום.
יש מספר דרכים שיתנו פתרון לבעיה: מיחזור – מתבצע היום אבל כמות האנרגיה המנוצלת לצורך המיחזור לעיתים גדולה יותר מיצירת פלסטיק מחומר טהור. שריפה- הגזים הנפלטים כתוצאה מהשריפה מאוד רעילים לאטמוספרה. פלסטיקים פטרוכימיים מצטברים בסביבה בקצב של 25 מיליון טון לכל שנה. לכן, כדי להתמודד עם בעיה זו התחילו, בעת האחרונה, מפעלים שונים ליצור פולימרים הידידותיים לסביבה הנקראים ביופולימרים או ביו-פלסטיקים. הביופולימרים מתפרקים בקלות ע"י מיקרואורגניזמים ובכך נותנים מענה לסביבה ומונעים הצטברות רבה של מוצרים שונים הגורמים לנזק סביבתי. פלסטיק שיכול להתפרק באופן ביולוגי הוא פתרון מאוד יעיל, במיוחד כאשר הפלסטיק מתלכלך ואז לא ניתן למחזרו.
Polyhydroxyalkanoates/PHA:
מדובר בפוליאסטרים ליניאריים המיוצרים בתהליכי תסיסה של סוכרים או ליפידים ע"י מיקרואורגניזמים בטבע. יותר מ-100 מונומרים שונים יכולים
להשתלב יחד ליצירת פולימרים אלה ליצירת חומרים בעלי תכונות שונות. חומרים אלה יכולים להיות תרמופלסטיים או אלסטיים בעלי בעלי נקודות
רתיחה הנעים בין 40-180°C. תרכובות ה-PHA מהווים חלופה יעילה לפלסטיקים פטרוכימיים שאינם מתפרקים ביולוגית, הודות לדמיון
תכונותיהם לתכונות של פלסטיקים אחרים (שאינם ביופולימרים) ,וכן הודות לכך שהם עצמם מתפרקים ע"י מיקרואורגניזמים באופן מוחלט למים
ופחמן דו-חמצני תחת תנאי סביבה שונים. לכן, פולימרים אלה תפסו תשומת לב נרחבת כפלסטיקים המתפרקים ביולוגית, אך שימושם הנרחב בתעשייה
נעצר בגלל עלות ייצורם הגבוהה. העלות הגבוהה לייצור ה-PHA נובעת מכך שהמיקרואורגניזמים, שמהם מיוצרים הביופולימרים, דורשים מקור פחמן
יקר המשמש כסובסטראט עיקרי בפולימר, וכן בגלל תהליך ייצור איטי ומעיק. נמצאה דרך להפחית את עלות ייצור ה-PHA ע"י שימוש במושבות שונות
(ולא במושבה ענייה אחת, כפי שנעשה לפני כן) ובמקורות פחמן זולים יותר שישמשו כסובסטראט ליצירת הפולימרים. נמצאו מספר מקורות פחמן זולים
שמהם המיקרואורגניזמים מפיקים תועלת ליצירת ה-PHA: מי גבינה, דבשה, תאית ושמנים שונים מצמחים. לאחרונה נמצא שגם סובסטראטים שמקורם
בפסולת יכולים לשמש ליצירת PHA וזאת בעקבות הנטייה של תעשיות הפלסטיק למצוא דרכים להקטנת עלות הייצור של ביופולימרים. כלומר, מעבר
מייצור פלסטיקים שאינם מתפרקים לייצור פלסטיקים מפסולת אורגאנית שמסוגלים להתפרק באופן ביולוגי, יכול לספק יתרונות רבים לסביבה
ולתרום לייצור בר קיימא של ביו-פלסטיקים. Polyhydroxybutyrate/PHB:
הסוג הנפוץ ביותר של PHA ומיוצר ע"י מיקרואורגניזמים כמו Alcaligenes eutrophus ו-Bacillus megaterium, כנראה בתגובה לתנאי
עקה פיזיולוגיים. הפולימר הוא בעיקר תוצר הטמעה של פחמן ומשומש כחומר תשמורת כאשר חומרי תשמורת נפוצים אחרים אינם נמצאים באופן זמין
במיקרואורגניזם. מהו תהליך הביוסינתזה המיקרוביאלית של PHB?
חיבור שתי מולקולות acetyl-CoA ליצירת מולקולה אחת – acetoacetyl-CoA. האחרון מחוזר ל-hydroxybutyryl-CoA המהווה תרכובת המשמשת כמונומר לפלמור PHB.
תכונות ה-PHB:
אחד הביופולימרים שהיום משתמשים בו כמוצרי פלסטיק היות והוא בעל תכונות פיסיקליות הדומות מאוד לאלה של הפלסטיק שבו השתמשו עד כה - פוליפרופילן (Polypropylene = PP), למרות השוני במבנה בכימי שלהם. תכונות חיוביות של ה- PHB המאפשרות לו להיות ביופולימר יעיל:
- אמנם הוא קשה ושברירי, אבל הוא מראה תכונות גבישיות ברמה גבוהה.
- נקודת רתיחה גבוהה - 180°C.
- החשוב ביותר – בעל יכולת להתפרק ביולוגית בקצב מהיר בניגוד ל- PP.
- עלות ייצורו יחסית גבוהה לייצור הפלסטיק בדרכים הפטרוכימיים.
- המבנה שלו הוא שברירי והאופן שבו הוא מיוצר היום אינו מאפשר לו להיות עמיד בפגיעות חזקות.
- ישנם חששות לגבי הנזק הסביבתי אם תהיה הצטברות גדולה של PHB.
מטרות לעתיד:
כרגע השאיפה היא לחקור בדרכים של גנטיקה ביוטכנולוגית שיטות שונות להנדסת חיידקים המייצרים פלסטיק עם תכונות בעלות תכונות הקרובות יותר
לפלסטיק הנדרש. יצירת PHB תוכל להיות זולה יותר אם יהיה מיקרואורגניזם מסוים שייצר כמויות גדולות יותר של הפולימר במרווחי זמן קצרים
יותר. ברגע ש-PHB יוכל להיווצר בשיטה זולה יותר כמו שמיוצרים הפלסטיקים הפטרוכימיים, הוא יוכל להיות יותר נפוץ ברחבי העולם היות ויש
לו פוטנציאל גבוה לשמש בתור מוצרי אריזה שונים: בקבוקים ושקיות, נייר אריזה וכלים חד-פעמיים שונים, למשל. מחקר ושימושים ב-PHB שמתנהלים היום: כיום חלק גדול מהמחקרים העוסקים בייצור PHB לוקחים חלק בייצור הפולימר ע"י צמחים דווקא ולא מיקרואורגניזמים. צוות מחקר באוניברסיטת מישיגן ערך ניסויים רבים בעשור האחרון שבהם הם התאימו צמחים בצורה גנטית כדי שיוכלו לייצר PHB. ב-1992 החוקרים הצליחו לבודד שני גנים ממיקרואורגניזם-מייצר PHB והחדירו אותם לצמח. חלק מהצאצאים שהם קיבלו הצליחו לקבל את שני הגנים ובעלים שלהם נמצא PHB, ובצורה זו הצליחו לגדל צמח המייצר פלסטיק. לאחר ליטושים נוספים של התהליך הצליחו החוקרים להגדיל את תוצרת ייצור הפלסטיק בצמח ללא השפעה על גדילתו.
במחקר אחר בשנות ה-80 הצליחו, בשיטות של הנדסה גנטית, לבודד שלושה גנים האחראים ליצירת PHB בחיידק A. eutrophus, ולהעבירם בהצלחה לחיידק E.coli.
כיום חברת מטבוליקס (ארה"ב) היא המובילה בנושא ייצור PHA ומצליחה לייצר פלסטיק עבור מטרות מגוונות ושונות וממשיכה לנסות לייצר מוצרים משוכללים נוספים בעתיד.
אתרים באינטרנט העוסקים בנושא:
דף בויקיפדיה המסביר על PHB – יש הסבר מצוין אודות
ה-PHB על כל פרטיו: סינתזה, שימושים ומחקר שמתנהל בנושא.פלסטיקים שניתן לאכול – מאמר קצר המסביר בצורה יפה מדוע צריך את הביופולימרים וכיצד הם מיוצרים – פשוט ולעניין.
אתר האינטרנט של חברת מטבוליקס – החברה העוסקת היום בייצור PHA. האתר נותן את הרקע וההיסטוריה לייצור הפולימרים, בנוסף.
מקורות מדעיים:
Madigan M.T, Martinko J.M. 2006. Biology of Microorganisms. 11th Edition. Pg. 655.
ספר לימוד של מיקרוביולוגיה. הפרק כולו עוסק באקולוגיה מיקרוביאלית ויש התייחסות תמציתית גם לפירוק ביולוגי של פלסטיק. Huey S. C. 2006. Polyhydroxybutyrate (PHB) Production from Cafeteria Wastes under Anoxic and Aerobic Conditions in Sequencing Batch
Reactor.
תזה של סטודנטית מאוניברסיטת מלזיה לטכנולוגיה. המחקר של הסטודנטית מדבר על ניצול מקורות פסולת של קפיטריה ליצירת PHB. לפי המחקר שלה
התגלה שבפסולת של קפיטריה יש ניצולת גבוהה מאוד של פחמן אורגני וריכוז גבוה של נוטריאנטים שונים. היא גילתה ששימוש במקור זה ובתערובת
של מושבות שונות ניתן להגדיל את כמות ה-PHB שמיוצר, ובכך להגיע לפתרון בעלות הגבוהה של ייצור ביופולימרים אלה. 
