De minuscules particules de plastique, appelés microplastiques, posent une multitude de problèmes environnementaux dans les écosystèmes marins et au-delà. Des recherches récentes ont montré que ces microplastiques se trouvent dans plus d'endroits, et en plus grande quantité, que quiconque ne l'avait prévu. Maintenant, des chercheurs de NC State et de Cornell travaillent à développer un système autonome qui utilise des microplastiques pour capturer plus de microplastiques.

"Vous ne pouvez pas filtrer la mer, elle est trop grande, " dit Carol Hall, chercheur principal (IP) de l'initiative de recherche. "L'ampleur du problème signifie que nous devons développer de nouvelles méthodes révolutionnaires pour éliminer les microplastiques de l'eau de mer. C'est donc notre objectif." Hall est le professeur d'université distingué Camille Dreyfus de génie chimique et biomoléculaire à l'État de Caroline du Nord et dirige le projet avec Nicholas Abbott, Tisch University Professeur de génie chimique et biomoléculaire à Cornell.

La grande idée est de créer un système circulaire. Le point de départ consisterait à créer des « particules de micronettoyage » auxquelles les microplastiques adhéreraient, probablement en utilisant des peptides conçus par le groupe Hall et des «matériaux dendritiques mous» mis au point par le laboratoire d'Orlin Velev. Velev est co-PI sur le projet et professeur distingué S. Frank et Doris Culberson de génie chimique et biomoléculaire à NC State.

"L'idée est que ces particules de micronettoyage attraperaient les microplastiques, s'effondrer sur eux-mêmes, puis flotter à la surface, où vous pourriez les ramasser, " dit Velev.

Les particules de micronettoyage et les microplastiques seraient ensuite introduits dans un bioréacteur, qui décomposeraient les microplastiques et utiliseraient les sous-produits résultants pour créer de nouvelles particules de micronettoyage (et éventuellement d'autres matériaux utiles).

Comment cela fonctionnerait-il ?

« La communauté des chercheurs a déjà identifié des micro-organismes capables de décomposer les plastiques en divers sous-produits, " dit Nathan Crook, un co-PI sur le projet et professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à NC State. « Nous prévoyons de nous appuyer sur ces connaissances, modifier un micro-organisme marin pour dégrader le plastique.

"Tout au moins, nous aimerions que le micro-organisme puisse utiliser le plastique comme source d'énergie, lui permettant de croître et de se reproduire, car cela convertirait au moins le plastique en quelque chose de biodégradable. Mais nous prévoyons de modifier le micro-organisme marin afin qu'il produise des produits chimiques que nous pouvons utiliser comme matière première pour produire plus de particules de micronettoyage, qui peut ensuite être utilisé pour capturer plus de microplastiques.

"Finalement, nous voulons voir si nous pouvons utiliser cette approche pour transformer les microplastiques en produits chimiques ayant une valeur commerciale pour des applications manufacturières ou pharmaceutiques, " dit Crook. " Transformer littéralement les déchets en quelque chose de précieux. "

Pour maîtriser et optimiser ce processus complexe, le groupe s'est associé à Fengqi You, le professeur Roxanne E. et Michael J. Zak en ingénierie des systèmes énergétiques à Cornell, qui est un expert en techniques avancées d'apprentissage automatique et d'IA.

Le travail est réalisé avec le soutien du programme Emerging Frontiers in Research and Innovation de la National Science Foundation, sous le numéro de subvention 2029327. La subvention est de 2 millions de dollars sur quatre ans.