По иронии судьбы, в грязи перед заводом по производству пластмасс исследователь Уве Борншойер сделал свое новаторское открытие.

Профессор из Университета Грайфсвальда и его команда обнаружили, что обнаруженные там бактерии несут определенные ферменты, способные разлагать полиуретан — этот полимерный пластик используется в производстве пенопласта, кроссовок, матрасов и изоляции домов.

Ежегодно выбрасывается 16 миллионов тонн полиуретанового пластика, две трети из которых попадают на свалки или мусоросжигательные заводы. То немногое, что перерабатывается, в основном измельчается и перерабатывается в низкокачественные продукты, такие как коврики, используемые в качестве подложек для ковров.

Борншойер убежден, что его ферменты уретаназы могут открыть совершенно новые возможности в переработке пластика. Им удается очень быстро расщепить полимерные соединения на основные элементы. Затем это может быть использовано для производства более экологически чистого пластика.

«Мы поместили кусок полиуретана вместе с ферментами в лабораторный стакан. Через два дня он полностью разрушился», — говорит Борншойер.

«Я совершенно уверен, что с методами, разрабатываемыми в настоящее время в нашей исследовательской области, скоро появятся ферменты, которые смогут сделать это за несколько часов».

Если полимерные пластмассы, такие как полиуретан, перерабатывать с использованием таких методов биокатализа, качество пластмасс может быть значительно улучшено по сравнению с механической переработкой. В то же время он был бы более эффективным, более экологичным и менее энергоемким, чем предыдущие промышленные процессы.

Крошечные ферменты могут разрушать ПЭТ-бутылки

Ферменты состоят из сложных белковых молекул, они ускоряют биохимические реакции. «Они объединяют вещи или разделяют их», — говорит исследователь ферментов Сезар Рамирес-Сармьенто, доцент Института биологии и медицинской инженерии Папского католического университета Чили.

Но глобальная гора пластиковых отходов, которые можно было бы перерабатывать с помощью биокатализа в будущем, неуклонно растет. Если в 2019 году во всем мире было произведено 460 миллионов тонн пластиков на нефтяной основе, то к 2060 году этот показатель может превысить миллиард тонн в год. В настоящее время только около девяти процентов перерабатывается с использованием традиционных энергоемких методов.

Уже достигнут небольшой успех в использовании так называемого фермента ПЭТазы для ПЭТ (полиэтилентерефталата), который часто используется в производстве бутылок, одежды и упаковки.

Французская компания Carbios, частично финансируемая быстроразвивающимися гигантами потребительских товаров, такими как Nestlé и PepsiCo, а также компаниями по производству одежды и косметики, такими как Patagonia, Puma и L’Oreal, построила демонстрационный завод в центральном французском регионе Клермон-Ферран. По данным компании, две тонны ПЭТ можно расщепить за десять часов с помощью генетически модифицированных ферментов.

Там отходы ПЭТ перерабатываются в гранулы, которые расщепляются ферментами ПЭТазы на небольшие молекулы, так называемые мономеры, и отходы. Затем мономеры можно повторно использовать для производства 100-процентно переработанных ПЭТ-продуктов. По словам компании, это позволяет практически неограниченное производство нового ПЭТ. Мини-молекулы также можно использовать для производства совершенно разных продуктов, например фармацевтических препаратов. В этом процессе отходы и ферменты сжигаются одновременно.

В настоящее время компания строит предприятие мощностью 50 000 тонн в год, что эквивалентно двум миллиардам пластиковых бутылок. Его планируется ввести в эксплуатацию в 2025 году.

Ежегодно в мире производится около 600 миллиардов ПЭТ-бутылок.

Исследовательские группы по всему миру работают над поиском новых ферментов, которые будут более эффективно и быстро расщеплять ПЭТ при различных условиях температуры и давления. Рамирес-Сармьенто до Антарктиды искал новые ферменты, способные работать при низких температурах.

Работает ли ферментативное разложение и для других пластиков, таких как полиэтилен и полистирол?

По словам Дунмина Се, доцента химического машиностроения Массачусетского университета Лоуэлла в США, интерес к технологии ферментативной деградации значительно вырос в последние годы — это совпало с решениями Китая и Индонезии о прекращении ввоза пластиковых отходов из преимущественно западных стран.

«Я думаю, что это будет направление, в котором мы будем двигаться в будущем. Нам нужно делать это таким образом, и не только для ПЭТ-пластика», — сказал Се.

Черви проедают дырки в мешке

Случайное открытие, сделанное микробиологом Федерикой Бертоккини в 2012 году, также показало многообещающие свойства полиэтилена (ПЭ). Он составляет около 30 процентов производимого в мире пластика, включая упаковку для пищевых продуктов, контейнеры и пластиковые пакеты.

Бертоккини — пчеловод-любитель: она собирала восковых червей из своих ульев и собирала их в полиэтиленовый пакет. Она заметила, что личинки проедали дырки в пакете: путем биохимического разрушения пластика. По словам Бертоккини, тогда начались годы исследований ферментов, которые делают это возможным. Она является старшим научным сотрудником Испанского научного совета.

Она обнаружила в слюне восковых червей два фермента, способных расщеплять полиэтилен на его составляющие. В отличие от компонентов из ПЭТ, разложившиеся базовые материалы из ПЭ нельзя просто повторно использовать для производства новых полиэтиленов. Однако первоначальные результаты исследований показывают, что их можно повторно использовать для других целей, например, в пищевой промышленности.

Важный ароматический компонент ванили может быть получен из веществ, образующихся в результате ферментативного разложения ПЭТФ. По словам Бертоккини, вполне вероятно, что компоненты из полиэтилена, произведенные таким образом, могут иметь различные применения.

Исследования показали, что ферменты восковых червей также могут разрушать другой пластик, полистирол, но необходимы дополнительные исследования. Однако, несмотря на многообещающие результаты на экспериментальном уровне, Бертоккини и ее команда изо всех сил пытаются финансировать свои исследования. Лаборатория вот-вот закроется.

Лучшее обращение с пластиком и меньше нового производства против пластикового потока

Пройдут годы, прежде чем технология ферментативного разложения пластмасс будет готова для промышленного использования. В то же время обществу необходимо лучше справляться с вновь производимым пластиком. Это включает в себя знание того, из чего он сделан и как правильно его утилизировать, говорит Рамирес-Сармьенто.

Неправильное обращение с отходами считается одной из основных причин появления экологически вредного пластика в море.

Се считает, что производители пластика должны внести свой вклад. «Индустрия пластмасс должна работать с биологами», — говорит он, подчеркивая, что, когда они разрабатывают свои пластмассы, они должны помнить о их разлагаемости, чтобы их можно было превратить в новые продукты после использования.

Но группы защитников окружающей среды сомневаются, что новые ферментные технологии для разрушения пластика будут иметь большое значение. «Использование ферментов не решит проблему пластика. Вы не сможете перерабатывать огромное количество пластика, которое ежегодно наводняет рынок», — сказала Джудит Энк, президент Beyond Plastics, организации, которая выступает за прекращение использования пластика. загрязнение. «Единственное реальное решение проблемы пластикового загрязнения — это производить меньше пластика».

Эта статья была адаптирована с английского языка.