Hur ett avfallsflöde från skaldjur förvandlas till en biopolymer för flera användningsområden

Sammantaget gör vårt moderna matsystem ett bra jobb med att förhindra resursslöseri genom att hitta sätt att utnyttja de olika biprodukter som det genererar längs vägen. Ofta kan dessa strömmar "uppgraderas" ytterligare från lågvärdiga användningar till högre värdeapplikationer. Det finns ett färskt exempel på vad som var en stor avfallsström som nu tas tillvara som grund för ett brett utbud av användbara produkter. Produkten är en biopolymer som kallas kitosan som kan göras av skal från kräftdjur – t.ex. krabbor, hummer och räkor. När dessa djur bearbetas för att tillverka produkter på konsumentnivå, behandlades skalen vanligtvis som avfall som antingen dumpades i havet, brändes eller skickades till deponier. Två individer som var involverade i skaldjursindustrin (Craig Kasberg och Zach Wilkinson) undersökte oberoende av varandra möjligheten att hitta en bättre användning för skalen eftersom de brydde sig om det och andra avfallsfrågor. En gemensam vän presenterade dem eftersom han hade hört dem båda prata om kitosan. Det slutade med att de startade ett företag som heter Tidvatten Vision som sedan utarbetade en ny och skalbar metod för att extrahera kitosan från skalen.

Bakgrundsbiologi: De hårda yttre skalen på kräftdjur är gjorda av något som kallas kitin, den näst vanligaste polymeren på planeten, efter cellulosa från växter. Kitin genomgår sedan en deacetyleringsprocess för att bli kitosan, där det sedan har några unika och intressanta egenskaper på grund av sin "katjoniska" (positiva) laddning. Detta ger den kapacitet att bilda en jonbindning med vilken kemikalie som helst som har en "anjonisk" (negativ) laddning. Denna naturliga kemikalie har varit känd och använts under lång tid, men den var alltid relativt dyr. Tidal Visions patentskyddade kitin- och kitosanextraktionsmetod använder återvinningsbara "grön kemi"-lösningsmedel och genererar en användbar gödselbiprodukt utöver kitosan. Detta billigare kitosan har förändrat spelet eftersom det plötsligt finns så många fler praktiska användningsområden, med minst 400 potentiella applikationer som har identifierats hittills. En av anledningarna till denna bredd av användningsområden är att kitosan kan finnas i olika former. Det är möjligt att generera olika kedjelängder av polymeren och olika grader av "de-acetylering."

Tidal Vision har vuxit snabbt, men man måste prioritera sina resurser. Det nuvarande fokuset ligger på tre huvudkategorier av användning för kitosan som är märkta som Tidal Clear, Tidal Grow och Tidal Tex.

Tidvatten klart är varumärket för vattenreningsindustrin, och det är den mest aktiva delen av företagets verksamhet idag. Kitosan är mycket effektivt som ett "flockningsmedel" eftersom dess katjoniska bindningsförmåga gör att det kan dra ihop olika partiklar så att de antingen kommer att sedimentera eller vara lättare att ta bort genom filtrering. Chitosan är ett nytt alternativt flockningsmedel för rening av vatten som kommer in i en vattenreningsanläggning och även för att filtrera bort biosolids från vatten så att det kan återvinnas efter avloppsrening. Den kan också användas som poolklarare. I djurbearbetningsanläggningar kan kitosan användas för att återvinna fetter eller andra potentiella näringsämnen från tvättvattnet. I frukt- och grönsaksförpackningar hjälper det till med återvinning av tvättvattnet. I dessa fall ersätter kitosan ofta aluminiumsulfat eller minskar avsevärt mängden av det som behövs.

Tidal Grow är en kategori för jordbruksändamål. Kitin finns i svamparnas cellväggar och utgör insekternas "exoskeleton". Växter har olika sätt att upptäcka svamp- och skadeinsekter för att öka deras naturliga försvarssystem, och kitosan kan framkalla den reaktionen som en del av en övergripande biostimulerande effekt. Tidal Vision är på väg att lansera en kitosanbaserad fröbehandlingsprodukt för detta ändamål. Kitosan kan också ge "biokontroll", vilket innebär att det kan binda till mikrober och hämma dem från att fortplanta sig. Chitosan kan också användas för att leverera växtskyddsprodukter mer effektivt, som kopparhydroxid, som är bland de få tillgängliga alternativen för bakteriella sjukdomar i grödor som citrus och valnötter, men som normalt tvättar bort växter för lätt. Företaget undersöker andra sätt som kitosan kan användas för att förbättra prestandan hos andra pålitliga växtskydds- och gödselprodukter.

Tidal Tex är företagets varumärke för textilanvändning, där det erbjuder en låg toxicitetsmöjlighet att ersätta metallbaserade och syntetiska kemikalier som används som brandskyddsmedel, antimikrobiella medel eller antiodoranter. Miljontals pund av dessa produkter används på allt från kläder till möbler till madrasser till bildörrfoder. Chitosan är också användbart som "färgmedel" för att göra färgat tyg. I juni 2021 tillkännagav Tidal Vision ett partnerskap med Leigh Fibers och öppnandet av en ny produktionsanläggning i South Carolina för att tillverka kitosanformuleringar som är plug-on-alternativ specifikt för textilindustrin. Leigh Fibers är ledande i branschen när det gäller tillverkning av tekniska fiberlösningar, samt bearbetning av textilavfall för önskvärda ändamål.

När det gäller framtida applikationer, samarbetar Tidal Vision med potentiella kunder för att identifiera och leverera prover på former av kitosanlösningar som troligen passar deras behov. När nya passningar identifieras arrangerar de icke-exklusiva leveransavtal framåt.

Så det som en gång bara var en problematisk avfallsström är nu en källa till naturligt baserade ingredienser med mängder av värdefulla användningsområden.