Инновационные волокна из дрожжей: решение проблем голода и моды

Отходы пивоварения и фармацевтической промышленности могут стать основой для создания высокоэффективных волокон, превосходящих натуральные по прочности и с минимальным воздействием на окружающую среду. Исследователи из Университета штата Пенсильвания представили новую технологию, способную решить две глобальные проблемы: нехватку продовольствия и загрязнение от индустрии быстрой моды.

Дрожжевая биомасса, богатая белками, липидами и сахарами, которая обычно считается отходом, теперь может быть переработана в прочные волокна. Команда под руководством профессора Мелика Демирела разработала процесс, позволяющий получать эти волокна, используя ранее существовавшую методику.

Успешно проведенное пилотное производство позволило получить более 450 килограммов волокна на заводе в Германии, демонстрируя непрерывную и пакетную работу в течение более 100 часов. Данные, собранные в ходе этого процесса, были использованы для оценки жизненного цикла продукта – от получения сырья до утилизации, включая анализ затрат, потребления воды, выбросов парниковых газов и экономической целесообразности.

Исследование показало, что коммерческое производство волокон на основе дрожжей может успешно конкурировать с шерстью и другими натуральными волокнами, требуя при этом значительно меньше ресурсов. Это открывает перспективы для перепрофилирования земель, ранее использовавшихся для выращивания сельскохозяйственных культур для текстильной промышленности, под нужды производства продовольствия.

«Подобно тому, как охотники-собиратели одомашнили овец для получения шерсти 11 000 лет назад, мы теперь одомашниваем дрожжи для создания волокна, которое может переориентировать сельскохозяйственные ресурсы на производство продуктов питания», — отмечает Демирел.

Стоимость производства нового волокна составляет менее 6 долларов за килограмм, в то время как шерсть стоит от 10 до 12 долларов за килограмм. При этом потребление воды и земельных ресурсов значительно ниже, а выбросы парниковых газов практически отсутствуют. Это позволяет направить сэкономленные ресурсы на другие нужды, например, на выращивание продовольственных культур.

Команда Демирела более десяти лет работала над процессом получения волокна из белков. Вдохновленное природой, новое волокно отличается высокой прочностью и не содержит вредных химических веществ, характерных для многих современных текстильных материалов.

«Мы извлекаем белки из дрожжей, растворяем полученную массу и пропускаем ее через фильеру, которая формирует непрерывные волокна», — объясняет Демирел. Затем волокна промываются, высушиваются и скручиваются в пряжу для дальнейшего ткачества.

Важным преимуществом является биоразлагаемость волокон, что контрастирует с проблемой накопления миллионов тонн полиэстеровой одежды, загрязняющей планету. Используемый для растворения белков растворитель, тот же, что применяется при производстве волокна Lyocell из древесной целлюлозы, подлежит практически полной регенерации (99,6%), что минимизирует отходы.

Идея использования белков для создания волокон не нова; примером служит материал Lanital, разработанный в 1930-х годах из молочного белка. Однако низкая прочность и появление более дешевого и прочного полиэстера привели к его забвению. Основными препятствиями всегда были производительность и стоимость.

Исследование также подтвердило потенциал волокна для коммерческого масштабирования. По сравнению с производством хлопка, которое требует огромных объемов воды и земельных ресурсов, биотехнологические волокна демонстрируют значительно меньшее потребление. Это особенно важно в контексте глобального голода, поскольку перенаправление земель с выращивания технических культур на производство продовольствия может существенно улучшить ситуацию.

В 2024 году около 733 миллионов человек столкнулись с продовольственной незащищенностью. Цель ООН – искоренить голод к 2030 году. Освобождение земель от производства волокон для производства продовольствия может стать одним из решений этой задачи.

Более 66% одежды, производимой ежегодно в США, попадает на свалки. Новый подход предлагает решение обеих проблем: производство экологичных, высокоэффективных волокон, не конкурирующих с продовольственными культурами за ресурсы, и снижение нагрузки на окружающую среду.

«Принятие белковых волокон, полученных методом биопроизводства, станет значительным шагом к будущему, где потребности в текстиле будут удовлетворяться без ущерба для способности планеты обеспечивать продовольствием растущее население», — подчеркивает Демирел.

Команда планирует дальнейшее исследование коммерческой жизнеспособности волокон на основе ферментации. Технология, патентуемая компанией Tandem Repeat Technologies, созданной Демирелом и его коллегами, уже лицензирована и готовится к выходу на массовый рынок.