足球比赛结果 变垃圾为宝藏：塑料到蛋白粉的解决方案

足球比赛结果研究人员开发的塑料蛋白粉可以帮助解决 两个突出的全球问题：饥饿和塑料污染。

在世界上所有的问题中，斯蒂芬·泰克曼，助理教授生物科学在足球比赛结果，他有两个想法。一是世界人口正在增长 饥饿也随之增长。，6.9 亿人（占世界人口的 8.9%）处于饥饿状态。部分是因为 由于贫困猖獗和气候变化，预计总人口将增加1000万 一年内增加 1 万人，五年内增加 6000 万人。如果一切都没有改变，世界将会 远远低于联合国'.

Techtmann 想到的另一个问题是塑料——大量的塑料。在这63亿中 每年生产数吨塑料，其中 79% 堆积在垃圾填埋场，。到 2050 年，按重量计算，地球海洋中的塑料含量将超过鱼类。 塑料也不会很快消失。有些会在 10 年内降解。 其他人则需要数百人。 

一个问题可以解决另一个问题吗？泰克特曼这样认为。他和多学科 由工程师、化学家和生物学家组成的团队正在打破垃圾填埋场和海洋堵塞 塑料被回收成有用的产品，例如润滑剂，或者他的东西 被视为更具影响力的发现，可食用蛋白粉。

整个过程目前在实验室工作台上进行。 Techtmann 的最初目标是 在灾区或正在经历灾害的环境中廉价、轻松地部署系统 粮食短缺，可以在救济工作的同时解决饥饿问题的近期目标 装载。

这就像“将塑料放在一端，然后从另一端取出粉末”一样简单，他 说。 “如果我们可以将这些单元放入一个可以部署在卡车上的盒子中 或者建在田地里，这样我们就可以帮助人们在需要时快速获得食物 大多数，它成为我们可以用来加工塑料的工具之一。”

他还看到了救灾之外的潜力。如果星星对齐（并且有一个好的 营销活动）塑料蛋白粉可能成为下一个不可能 肉。 “如果这变得更广泛，它可能会从食物到生存 食物才能茁壮成长，”他说。

令人惊讶

许多人觉得吃那些最初是塑料的东西的想法很奇怪。泰克特曼 已经习惯了。 “我也不想吃塑料，”他说。他知道他的发现 有公共关系问题。然而，他并不是想推销蛋白粉 与塑料块。相反，他利用细菌将塑料转化为某种东西 全新的。 

Techtmann 将塑料喂给食油细菌，这些细菌会咀嚼并使用它们 作为成长的燃料。塑料被吃掉后，最终的结果看起来不像塑料 完全一样——它类似于啤酒酿造中产生的酵母副产品。这种多数蛋白质 然后副产品被干燥并变成可食用粉末。 

该项目的正式名称是 BioPROTEIN（Olefin 生物塑料再利用） 和酯转化工程分离株和天然菌群）。泰克曼团队 包括 MTU丽贝卡·翁，助理教授化学工程, 大卫·肖纳德，化学工程教授，Joshua Pearce，电气和计算机教授 工程师，以及伊利诺伊大学生物工程教授卢婷 在厄巴纳-香槟分校。该小组由国防高级研究奖资助 美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 拨款高达 720 万美元。隶属于美国国防部 (DoD)，DARPA 资助国家安全的突破性技术和能力。

国防部对 Techtmann 感兴趣的原因与 Techtmann 的一些相同。 “塑料是一种困难 需要处理的废物”，Techtmann 说道，并补充道，国防部经常在以下地区部署士兵 获取食物存在问题的地区。 Techtmann 的塑料转蛋白质盒可以 成为一种解决方案，允许军事人员在受到限制的情况下继续开展行动 他们可以携带多少食物。 

“我们正在尝试将军事行动中产生的塑料或混合废物制成 在该领域有用的东西，”他说。 “这样他们就不必处理废物， 并且可以为自己和他们所帮助的人提供能量。”

Techtmann 和 Lu 还获得了默克公司颁发的 100 万欧元未来洞察奖 德国达姆施塔特 KGaA 一家领先的科技公司，资助另一家分支机构 项目简介：利用合成生物学方法增强益生菌，改善 通过增加营养成分、增强对食源性病原体的抵抗力来提高食品质量 并增加个性化的治疗益处。 “这项研究的基础极大地 受益于 DARPA 的投资。来自德国达姆施塔特 Merck KGaA 的资助让 我们以此为基础，”Techtmann 说道。

难以浪费

分解塑料并不容易。讽刺的是，它的结构又长又难以打破 聚合物链，正是这种特性使得塑料成为一种广泛使用的材料——也 使其在海洋和垃圾填埋场中徘徊长达数百年。 

虽然某些塑料可以回收利用，但大多数塑料都无法回收利用。根据 到一个，截至 2015 年，迄今为止地球上生产的原生塑料中只有 9% 被回收利用，79% 最终进入垃圾填埋场或自然环境。那是 不仅仅是出于一个原因，而是有很多原因——包括如何对塑料进行估价以及因为当前 回收基础设施无法处理所有塑料。

例如，一个塑料瓶可以很容易地回收成另一个塑料瓶，因为 塑料的质量很高——大多数人都知道扔掉空水瓶 放入回收箱。但用于购物袋和蛋白棒包装纸的塑料 质量较低，目前的回收基础设施不具备将其转化的能力 进入别的东西。 

此外，这种低等级的再生塑料并不总是有市场。 2019年， 中国停止进口其他国家的废物进行回收和再利用。价值 塑料的急剧下降。尽管最近数字有所反弹，但这并不意味着 市场不会再次降低塑料的价格，即使是最容易的 重复使用垃圾中的物品。 

“尽管我们能够将大量塑料扔进回收箱，但它们 并不是所有的东西都足够有价值，可以卖给其他人来回收它们，”Techtmann 说。

心态的碰撞

Techtmann 喜欢用科学来解决现实世界的问题，甚至在他的早期 在职业生涯中，他研究了细菌作为潜在的解决方案。受到 2010 年深水区的刺激 地平线灾难导致 2.1 亿加仑石油流入墨西哥湾， 他研究了食油细菌是否可以帮助净化水。项目期间， 他还确定细菌可以用作生态系统健康的生物标志物。

“我们有一些很酷的技术，可以让我们使用细菌来判断是否 环境中曾经存在过石油，即使我们无法用其他方法检测到这种石油 通常用于环境监测的方法，”他说。

这些研究将 Techtmann 介绍给了 DARPA。该机构正在寻找方法来确定 船舶在不依赖跟踪技术的情况下航行——有些船舶没有 有些人想方设法伪造他们的日志。泰克特曼提出细菌作为答案。 

正如他在海湾地区了解到的那样，细菌可以作为一种独立的验证形式， 就像法医一样。 “这艘船就像微生物的捕蝇器，因为它穿过 这些港口，”他说。 “为海岸警卫队工作的人可以取下棉签 船的一侧并将其放入设备中并知道船去过哪里。如果它 与日志所说的不符，可能值得研究一下。”

该项目是 Techtmann 与 DARPA 的首次合作，荣获该机构 2016 年青年奖 教师奖，旨在识别并聘请初级研究职位的后起之秀。 该奖项还在研究人员、DARPA 和 DoD 之间建立了联系—— 未来潜在的研究。

此外，Techtmann 喜欢 DARPA 的思维方式。 “我真的很喜欢该机构的尝试 开发军方可以使用但也可以得到更广泛应用的新技术 对社会有用，”他说。 

他在考虑新项目时应用了这个过滤器。 “我正在寻找其他机会 以 DARPA 的思维方式开展工作，“我们如何推动技术进步以解决 这些真正高风险的问题却有高回报？”他解释道。他回去了 细菌，并发现食油细菌和塑料废物之间存在本质上的联系 没有人想要石油基材料。

将塑料变成食物

Techtmann 工艺的第一步是将塑料放入反应器中进行分解 建立塑料坚固的基础设施并开始分解那些长的聚合物链。 这个过程将塑料变成油状物质，含有碳、氧和氢 从塑料的分子结构中解锁。

这种油性物质随后被喂给饥饿的细菌，这些细菌在这三种元素下茁壮成长 并且更喜欢这种形式。 “我们正在采用对油性非常好的细菌 化合物并给它们喂食预先咀嚼过的塑料，”Techtmann 说。细菌生长 快速采用这种饮食并产生更多细菌细胞，其中约 55% 是蛋白质。 然后这些细胞被干燥，这就是蛋白粉。

研究人员还计划使用该工艺来制造润滑剂，从而提供另一种潜力 用于以前的塑料垃圾。

在研究的现阶段，团队知道塑料到蛋白质粉末的过程 在实验室工作台上工作。下一步是让整个系统在一个盒子里运行 只需将塑料放入一端即可回收 100 克蛋白粉 另一边则回收蛋白粉。 

在项目的最后阶段，团队将把盒子变成太阳能供电的、 现场操作装置——可以长时间生产公斤蛋白粉的装置 长达 28 天，但足够小，可以放入卡车（或军用车辆）的后部。 

“塑料在环境中至少需要十年才能分解。我们可以 大约一天内将它们转化为微生物细胞，”Techtmann 说。 

本着这项研究不仅仅用于军事用途的精神，该团队 还致力于 3D 打印尽可能多的系统部件。他们 计划将设计开源，以便可以快速创建和使用单个单元 任何需要快速获取蛋白质的人都可以部署，尤其是非营利组织 在救灾中。

“我们的目标是，在未来两年左右的时间里，我们可以推出一些东西 在某个地方的现场，让它一次运行几个月并且仍然有效地工作，” 泰克特曼说。 “我们现在开始从小型台式设备扩展到其他设备 可以加工更多塑料并制造更多蛋白粉。”

超越灾难场景

除了为急需的人提供食物之外——无论是士兵还是流离失所的人 自然灾害或战争——Techtmann 认为由塑料制成的蛋白粉 具有更广泛的潜力。

塑料来源的蛋白粉现在听起来可能很奇怪，但杏仁和燕麦已被用来 生产几乎每个杂货店和咖啡店都能找到的牛奶替代品 商店——这在 40 年前是不可想象的。 

植物性食品总体上正跃入公众视野， 模拟肉类制作的味道和质地的植物汉堡首次亮相主流 像汉堡王这样的快餐连锁店。总体而言，肉类替代品市场可期 到 2027 年价值将达到 88.2 亿美元，.

Techtmann 发现了基于塑料的蛋白质可能存在类似的路径。

他意识到该产品将面临艰巨的营销挑战。很难得到 人们要明白他们吃的是细菌，而不是塑料——别介意 细菌恰好在早餐、午餐和晚餐时吃塑料。但他看到 作为制造蛋白棒的蛋白质的一部分以及与公司的潜在用途 根据个人的情况制定个性化食品和营养计划 代谢概况。

“一旦我们的技术获得批准并且 FDA 竖起大拇指，我们就可以吃了 这些东西，然后我们引入营销手段，让它有吸引力，而且闻起来不那么像 维吉麦酱，更像是糖饼干，”他说。

科学家的梦想

从船上擦拭微生物到创造新食品似乎就像 有点夸张，但 Techtmann 表示，这一切都遵循两个相同的主题：寻找新的 用于细菌和更大的利益。

“在足球比赛结果，我们正在努力解决大问题，并利用专业知识解决大问题。” 他说。 “这里各部门之间的壁垒相当低。”而且，他补充说，教师 在科学应用方面，成员们帮助培养彼此的创造力。 “如果我们能够带着好奇心并将其应用于解决重大问题，那就是 科学家的梦想。”

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