Ферментированная одежда? Как биоплёнка из комбучи превращается в экологичный текстиль
Если вы когда-либо делали комбучу, вы знакомы с термином SCOBY — симбиотической культурой бактерий и дрожжей. Это плавающая биоплёнка на поверхности напитка.
Хотя SCOBY выглядит непривлекательно, она невероятно универсальна. При питании сахаром и чаем или кофе в больших ёмкостях она быстро растёт. Чай или кофе нужны, потому что кофеин содержит азот, стимулирующий рост микроорганизмов. Бактерии в SCOBY, такие как Komagataeibacter xylinus, обладают уникальной способностью потреблять сахара и производить бактериальную целлюлозу.
Исследователи интересуются этим веществом, потому что целлюлоза крайне полезна. Хлопок в основном состоит из целлюлозы, как и лён, из которого делают льняную ткань. Бактериальная целлюлоза имеет преимущество: она примерно в десять раз прочнее хлопка.
Традиционное производство одежды наносит большой экологический ущерб. Если масштабировать производство бактериальной целлюлозы с использованием обычных материалов (сахар, чай), можно создать новый вид универсального, устойчивого текстиля. В новом исследовании, опубликованном в Results in Engineering, авторы использовали эту целлюлозу для изготовления кошельков и холстов для живописи.
Что хорошего в бактериальной целлюлозе?
Получение целлюлозы из бактерий — не новость. Впервые её обнаружили в 1886 году. С тех пор основное её применение — в пище и напитках.
Комбучу, как полагают, изобрели в Китае. На Филиппинах давно ферментируют ананасовый сок или кокосовую воду, чтобы получить достаточно SCOBY для жевательных, желеобразных десертов. Но этот источник целлюлозы можно использовать для гораздо большего.
В последние годы исследователи изучают возможность использования пищевых отходов для производства этой целлюлозы.
Бактериальную целлюлозу получают, культивируя SCOBY в подслащённом чае, как для комбучи. Но цель — не напиток, а сама SCOBY. Пока микробы питаются сахаром, они вырабатывают целлюлозные волокна и образуют плотный мат, который можно собрать и обработать.
Несмотря на нерастительное происхождение, бактериальная целлюлоза очень похожа на целлюлозу из хлопка. В некотором смысле она может быть лучше — невероятно чистая, высоковпитывающая и обладающая впечатляющей прочностью на разрыв. Она натуральна, нетоксична, имеет низкий экологический след и биоразлагаема.
Эти свойства делают её потенциально пригодной для различных целей: от одежды до биомедицинского использования в марлевых повязках благодаря естественным антибактериальным свойствам. Её можно красить, шить и обрабатывать для получения разных текстур. Она может заменить кожу в одежде, обуви и аксессуарах.
Но главное — одежда. Исследователи нашли способы выращивания этой целлюлозы в формах, повторяющих детали одежды, чтобы избежать потерь 15–20% материала при раскрое ткани.
Бактериальная целлюлоза может помочь снизить зависимость от волокон для производства одежды, которые наносят значительный экологический ущерб, будь то натуральные или синтетические.
Выращивание хлопка требует огромного количества воды, пестицидов и инсектицидов. Для производства одного килограмма хлопкового волокна требуется от 8000 до 22 000 литров пресной воды. Синтетические ткани, такие как полиэстер и нейлон, производятся из нефти, ископаемого топлива.
Текстильная промышленность сильно загрязняет окружающую среду, потребляя огромное количество воды и энергии. В эпоху быстрой моды многие вещи быстро становятся отходами. Синтетические волокна выделяют огромное количество микропластика на каждом этапе своего жизненного цикла.
Проблема ферментации
В последние годы растёт интерес к точной ферментации — использованию высокой скорости роста микробов для производства нужных продуктов и материалов, например, молока без коров.
Одна из больших проблем таких подходов — масштабирование. Бактериальная целлюлоза — это аналогичная форма ферментации. Следовательно, она сталкивается с похожими проблемами масштабируемости и эффективности. Хотя материал перспективен, вопрос в том, можно ли производить его дёшево и в больших объёмах.
На сегодняшний день не найдено способа масштабировать производство бактериальной целлюлозы до уровня, необходимого для удовлетворения спроса крупных производителей одежды. Кроме того, процесс ферментации пока требует много воды. Ферментация подкисляет воду, что затрудняет её повторное использование.
Это волокно может легко заменить хлопок, но не обладает такой же высокой прочностью и эластичностью, как некоторые синтетические волокна.
Что дальше?
Современное производство одежды наносит огромный экологический ущерб. Бактериальная целлюлоза может стать одним из способов производить одежду с гораздо меньшими затратами для планеты.
Хотя остаются вопросы о её конкурентоспособности, исследователи в нескольких странах, включая авторов статьи, подходят к проблеме с разных сторон. Если они добьются успеха, возможно, однажды мы увидим будущее, где одежда и обувь будут производиться из сахара и чая.