REPLACER

Titlu: Recycling plastic and developing hybrid living materials by capturing greenhouse gases to produce value-added products

Acronim: REPLACER

Scopul general al proiectului REPLACER este de a proiecta și dezvolta materiale biobazate de înaltă performanță, cum ar fi materialele hibride vii (HLM), care capturează eficient gazele cu efect de seră (GHG), cum ar fi dioxidul de carbon și metanul, în timp ce produc proteine microbiene ca produs alimentar valoros. Trei obiective ambițioase de cercetare vor asigura proiectarea unor HLM-uri extrem de funcționale, robuste, rentabile și scalabile:

1 )Dezvoltarea unei noi platforme de cercetare cu buclă închisă de proiectare-construcție-testare-învățare (DBTL), care combină reciclarea și procesarea materialelor, consortii microbieni sintetici prin captarea GHG, analiticii transversale și utilizarea strategiilor de modelare și de inteligență artificială pentru construirea de noi HLM-uri. O astfel de platformă va permite proiectarea de materiale cu proprietăți personalizate pentru construirea eficientă a consortiilor microbieni, va oferi puterea de predicție și va livra cunoștințe acționabile pentru dezvoltarea cu succes a HLM-urilor.

Materialele convenționale pot dobândi proprietăți unice, cum ar fi vindecarea auto, regenerarea, adaptarea, longevitatea și durabilitatea, prin încorporarea acestora cu celule vii pentru a crea sisteme noi și avansate cu aplicații potențiale în chimie, energie, sănătate și mediu. Cu toate acestea, impulsionarea aplicațiilor unor astfel de materiale vii (sau HLM-uri) de la concept la piață a fost îngreunată de lipsa capacității de a optimiza sistemele în design și funcție pentru o aplicabilitate largă. Apariția de noi materiale și concepte de proiectare a microstructurii pentru proprietăți personalizate care permit asamblarea de consortii microbieni pentru aplicații dorite, precum și noile analitici în timp real, împreună cu metodele de învățare a mașinilor, ne plasează acum într-un loc pentru a dezvolta noi abordări disruptive pentru ingineria HLM. REPLACER combină aceste noi abordări și adoptă un ciclu iterativ de proiectare-construcție-testare-învățare (DBTL) - o buclă utilizată recursiv pentru a evolua procesele de cercetare și dezvoltare tehnologică pentru obținerea de HLM-uri avansate.

Rezultatul așteptat: REPLACER va genera platforma esențială Design-Build-Test-Learn (DBTL) pentru a implementa un principiu de proiectare cu buclă închisă și pentru a ghida eficient procesul de dezvoltare a HLM-urilor. Cu această abordare, REPLACER stimulează o "concept-to-market" mai rapidă.

2) Dezvoltarea de HLM-uri cu performanțe ridicate pentru eliminarea GHG-urilor și producerea de biomasa ca hrană (proteine microbiene) folosind ciclul iterativ DBTL. Capturarea și stocarea CO2 și CH4 reprezintă una dintre cele mai promițătoare tehnologii pentru reducerea GHG-urilor și stabilizarea planetei de consecințele catastrofale ale schimbărilor climatice. Cu toate acestea, cantitatea de energie necesară pentru a captura aceste gaze reprezintă o barieră semnificativă care face procesul costisitor. Tehnologii noi, eficiente energetic, scalabile și rentabile pentru captarea GHG-urilor vor conduce la o industrie globală nouă și masivă. În cadrul proiectului REPLACER, HLM-urile vor fi dezvoltate folosind platforma DBTL prin selectarea atentă a microbilor pentru evoluția consortiilor de biofilme microbiene care capturează eficient GHG-urile și radiația solară, în timp ce produc biomasa cu valoare adăugată ca hrană. Pentru a obține această funcționalitate, se va utiliza modelarea de biofilme microbiene asistată de inteligența artificială pentru a prezice creșterea și dezvoltarea biofilmului spațio-temporal, în vederea direcționării consortiilor microbiene către o producție eficientă de biomasa.

Rezultat așteptat: Proiectul REPLACER va dezvolta și va prezenta HLM-uri ca soluție energetică eficientă și rentabilă pentru captarea și reducerea GHG-urilor în mod sustenabil.

3) Proiectarea prototipurilor de biorreactoare HLM și demonstrarea fezabilității procesului de producție a proteinelor microbieni dezvoltat prin evaluări de mediu și economice și abordarea problemelor sociale și etice prin aplicarea tehnicilor de cercetare și inovare responsabile (RRI). Reușita scalării HLM-urilor pentru a obține performanța dorită este unul dintre cei mai importanți pași pentru transferul tehnologiei. REPLACER va permite o abordare de scalare folosind un concept de numerotare pentru a demonstra prototipurile HLM. În plus, dezvoltarea prototipurilor de biorreactoare HLM va fi supusă unei analize ciclului de viață (LCA) în stadiul incipient pentru a cuantifica HLM-urile din perspectiva sustenabilității mediului, a estima impactul ambiental generat de captarea și utilizarea emisiilor de gaze cu efect de seră și a evalua fezabilitatea economică a procesului de producție de proteine microbieni dezvoltat.

Rezultatul așteptat: Dezvoltarea prototipurilor care justifică scalarea HLM-urilor (TRL 4-5).