Βιοδιασπώμενο μελάνι εκτυπωτών από φύκη

Οι ιδρυτές της εταιρίας Scott Fulbright και Steve Albers ήταν υποψήφιοι διδάκτορες στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο και μελετούσαν φύκη για χρήση σε βιοκαύσιμα και άλλα βιολογικά προϊόντα. Το 2013, όταν συνειδητοποίησαν πόσο τοξικό ήταν το μελάνι που χρησιμοποιείται στους εκτυπωτές, αποφάσισαν να δώσουν τη λύση με τη χρήση των φυκών.

Το μελάνι δεν είναι απλές χρωστικές ουσίες. Το 99% παρασκευάζεται με χρήση πετροχημείας. 

Μεγάλο μέρος του αποτελείται από συνδετικά υλικά, φορείς και διαλύτες. Συνήθης φορέας είναι έλαιο πετρελαίου, ενώ οι περισσότεροι διαλύτες είναι πτητικές οργανικές ενώσεις, οι οποίες είναι επιβλαβείς για την ανθρώπινη υγεία και για το περιβάλλον.

Ο Μαύρος άνθρακας ή αιθάλη που είναι η πιο κοινή χρωστική στο μαύρο μελάνι, παράγεται συνήθως από την ατελή καύση ορυκτών καυσίμων. Οι περισσότερες έγχρωμες χρωστικές ουσίες που υπάρχουν στο συμβατικό μελάνι αποτελούνται από βαρέα μέταλλα όπως κάδμιο, χαλκό, χρώμιο, σίδηρο, μόλυβδο και αλουμίνιο.

Το μελάνι της Living Ink παράγεται από φύκη με τη χρήση της ηλιακής ενέργειας και του CO₂ της ατμόσφαιρας.

Τα μόνα παραπροϊόντα της διαδικασίας είναι οξυγόνο και καθαρό νερό. Αυτό κάνει το μελάνι απόλυτα φιλικό προς το περιβάλλον αφού όχι μόνο είναι βιοδιασπώμενο και ανανεώσιμο αλλά και τα στάδια παραγωγής του δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον.

Καλλιεργούν σε μεγάλη κλίμακα φύκη (algae) και κυανοβακτήρια που είναι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί και παράγουν την ενέργεια τους μέσω της φωτοσύνθεσης, μετατρέποντας το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας σε βιομάζα και οξυγόνο, με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας.

Τα κυανοβακτήρια και κάποια φύκη αναπαράγονται με διχοτόμηση (binary fission) σε εκθετικό ρυθμό (δηλαδή το 1 κύτταρο δίνει 2, τα 2 δίνουν 4, τα 4 δίνουν 8 κλπ). Στο εργαστήριο της Living Ink αξιοποιούν αυτή τη διαδικασία. Ώστε τα μεμονωμένα κύτταρα που δε φαίνονται στο ανθρώπινο μάτι να πολλαπλασιαστούν σε δισεκατομμύρια και να γίνουν τόσο πυκνά που να φαίνονται σαν μία μάζα. Το μελάνι της Living Ink περιέχει χλωροφύλλη, το βασικό μόριο στη φωτοσύνθεση που απορροφά την ηλιακή ενέργεια και έχει την ιδιότητα να αντανακλά το πράσινο χρώμα, γι' αυτό και οι μικροοργανισμοί είναι πράσινοι.

Παράγουν μελάνι κατάλληλο για εκτυπώσεις offset και το όραμά τους είναι να παράγουν και άλλα προϊόντα και μελάνι σε άλλα χρώματα.

Μια ακόμη εταιρία που παράγει ανανεώσιμες βαφές, κυρίως για υφάσματα, είναι η PILI

Η εταιρία PILI δίνει τέλος στα πετροχημικές βαφές παράγοντας τη νέα γενιά χρωστικών με τη βιολογική διαδικασία της ζύμωσης.

Η PILI εστίασε στη βαφές υφασμάτων, καθώς η βιομηχανία της μόδας είναι η δεύτερη πιο ρυπογόνα βιομηχανία στον κόσμο. Δουλεύουν όμως και σε άλλα προϊόντα όπως μελάνι και πλαστικά.

Εξοικονομούν νερό, δεν απελευθερώνουν χημικά και μειώνουν δραστικά τις εκπομπές CO₂.

Κατασκευάζουν βαφές μέσω της βιοτεχνολογικής μεθόδου της ζύμωσης.

Σχεδιάζουν ένζυμα που να μετατρέπουν τα σάκχαρα σε χρώματα μέσα από μεταβολικούς καταρράκτες αντιδράσεων. Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που καταλύουν βιολογικές αντιδράσεις και η αποδοτικότητά τους παίζει μεγάλο ρόλο στην εξοικονόμηση ενέργειας και στην καθαρότητα του προϊόντος.

Για να γίνει αυτή η διαδικασία σε εργοστασιακή κλίμακα χρησιμοποιούν μικροοργανισμούς. Ενσωματώνουν τα γονίδια για τα ένζυμα στο γονιδίωμα μικροοργανισμών, όπως βακτήρια, και αναλαμβάνουν αυτά την παραγωγή τους.

Τα βακτήρια αναπτύσσονται σε νερό, και χρησιμοποιούν μια πηγή σακχάρων σαν πρώτη ύλη. Για να πολλαπλασιαστούν και να λειτουργήσουν δεν απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες και δεν παράγουν μολυσματικά παραπροϊόντα (άνθρακα, τοξικά χημικά).

Τα βακτήρια πολλαπλασιάζονται κάθε 20 λεπτά. Κάθε μέρα δισεκατομμύρια μικροσκοπικά εργοστάσια παραγάγουν ένζυμα που μετατρέπουν τα σάκχαρα σε βαφές. Είναι κάτι σαν την παραγωγή μπύρας, αλλά για χρώματα, ανανεώσιμα και μη τοξικά!

Στο τελευταίο στάδιο της διαδικασίας γίνεται διαχωρισμός των βακτηρίων από τη χρωστική, φιλτράροντάς τα. Είναι εφικτό να γίνει με απλό φιλτράρισμα γιατί τα βακτήρια είναι 1.000 φορές μεγαλύτερα από τα μόρια των χρωστικών.

Αυτή τη στιγμή η PILI αναπτύσσει βαφές με συγκεκριμένες προδιαγραφές, με βάση τις ανάγκες των πελατών της.

 --

Πηγές:

1. LivingInkTech https://livingink.co/
2. Albers, S. C., Fulbright, S. P., & Zdunek, J. (2015). U.S. Patent Application No. 14/604,333.
3. PILI https://www.pili.bio/