Tylko około 30% tworzyw sztucznych używanych do produkcji opakowań do napojów poddawanych jest obecnie recyklingowi. Naukowcy z Uniwersytetu w Portsmouth twierdzą, że opracowali enzym, który jest w stanie przekształcić 90% tworzyw w wysokojakościowy surowiec z recyklingu. Już w przyszłym roku ma powstać demonstracyjna fabryka, w której będzie stosowana innowacyjna technologia.
Jednym z najczęściej używanych tworzyw sztucznych na świecie jest politereftalan etylenu (PET). Rocznie produkuje się go ok. 70 mln ton. Przemysł recyklingu PET jest co prawda wysoko rozwinięty w porównaniu z innymi tworzywami, jednak i w tym przypadku występują problemy. Proces recyklingu PET za pomocą środków termomechanicznych (jak np. rozdrabnianie butelek PET na płatki) powoduje utratę właściwości mechanicznych. Często produkt końcowy jest niezadowalającej jakości i producenci niechętnie używają go do pakowania swoich produktów.
- Zamiast tego materiał zwykle zamienia się w dywany lub inne niskiej jakości włókna, które ostatecznie i tak trafiają na wysypisko śmieci lub zostają spalone. To wcale nie jest recykling - mówi John McGeehan z Uniwersytetu w Portsmouth.
Aby wspomóc rozwiązanie tego problemu, naukowcy od lat poszukują enzymów wytwarzanych przez drobnoustroje, które mogłyby rozkładać tworzywa sztuczne.
W 2012 r. naukowcy z Uniwersytetu w Osace odkryli enzym LLC w kompoście. Kutynaza kompostowa z liści i gałęzi (leaf-branch compost cutinase - LLC). Rolą tego enzymu jest rozbijanie woskowej powłoki ochronnej liści w trakcie rozkładu materii organicznej. Jak się okazało, LLC rozrywa również wiązania pomiędzy kwasem tereftalowym i glikolem etylenowym - blokami budulcowymi PET. Niestety enzym rozpada się w temperaturze 65°C, a jest to temperatura w której PET zaczyna mięknąć, dzięki czemu enzym może skuteczniej rozkładać tworzywo.
Kwestią koniecznego przeprojektowania LLC zajęli się uczeni z Uniwersytetu w Tuluzie. Profesor Alain Marty oraz specjalistka od inżynierii enzymów, Isabelle Andre, rozpoczęli pracę od analizy struktury enzymu poszukując sposobu zwiększenia jego odporności na wysokie temperatury.
Po zidentyfikowaniu kluczowych aminokwasów w miejscach, w którym enzym wiąże się z wiązaniami kwasu tereftalowego i glikolu etylenowego, badacze dokonali jego mutacji poprzez wprowadzenie aminokwasów odpornych na wyższe temperatury.
W rezultacie tych prac, zmutowany enzym, okazał się być 10 000 razy bardziej skuteczny w rozrywaniu wiązań PET niż pierwotny LLC. Co więcej działa on nawet w temperaturze 72°C.
W trakcie prac doświadczalnych enzym rozłożył 90% z 200 gramów PET w ciągu 10 godzin. Produkty rozkładu PET naukowcy wykorzystali do produkcji nowego tworzywa o porównywalnej jakości do oryginału. Wyniki tych prac opublikowano 8 kwietnia br. w czasopiśmie Nature.
McGeehan uważa, że jedną z głównych zalet nowo opracowanej metody jest fakt, że enzym nie ma trudności w wytwarzaniu czystych bloków budulcowych PET z mieszanki zawierającej również inne tworzywa sztuczne. Wynika to z faktu, że enzym rozrywa tylko wiązania PET ignorując barwniki i inne tworzywa sztuczne w mieszance.
Profesor Alain Marty, który jest również dyrektorem naukowym w Carbios - firmie zajmującej się tworzywami sztucznymi - poinformował, że w przyszłym roku powstanie zakład demonstracyjny, który ma przetwarzać setki ton PET rocznie.
JL
na podst. Science
