Дослідники з усього світу активно шукають відповідь на виклик щодо перероблення чи знищення сміття із пластику не тільки в царині хімії. Тепер новий тренд — біохімія.
Вчені звідусюди шукають мікроби, що харчуються пластиком. Пошуки ведуться повсюди, в самих незвичних чи екзотичних місцях: серед гарячих джерел у Національному парку Єллоустон, на віддалених острівних пляжах у Тихому океані чи, серед іншого, на заводі з перероблення пластику в Японії.
Деякі вчені вже знайшли бактерії, які містять ферменти, здатні розщепити звичайний пластик, який використовується для виготовлення пляшок з водою та одягу.
Вчені вважають, що ферменти мікробів — білки, що пришвидшують хімічні реакції — направду можуть допомогти ефективно переробити деякі види пластику, більша частина якого похована на звалищах, розкидана обабіч доріг або вимита в річки та океани.
Не зважаючи на те, що промислові хімічні речовини можуть розщеплювати пластмаси, використання ферментів є потенційно більш екологічним підходом, який вимагає менше енергії та також може бути націлений на конкретні пластмаси, змішані з іншим сміттям.
Результатом ферментативної переробки пластику може стати вуглеводневий «коктейль», який разом із іншим органічним сміттям (наприклад, харчові відходи) зможуть стати повноцінною сировиною для виробництва біогазу чи рідких хімічних речовин тощо. А вже біогаз стане джерелом для виробництва тепла чи електроенергії.
«Природа — це найдивовижніший переробник, тому що вона нічого не викидає на марно», - захопливо пояснює Джон Макгіхен, біолог з Університету Портсмута в Великобританії, який керує проєктом «полювання на ферменти», частиною локацій якого є іспанське місто Кордова.
Між іншим, одна французька компанія вже будує демонстраційну фабрику, яка використовуватиме ферменти для перетворення пластикового сміття в сировину для нових пляшок.
Утилізація та виділення пластику з поміж іншого сміття направду є кошмаром переробника. Хіміки чимало попрацювали над тим, щоб максимально ускладнити структуру пластиків, побудувати нові надміцні штучні зв'язки між полімерними ланцюгами — все було направлено на те, щоб кожен пластиковий виріб був якнайміцнішим та якнайвитривалішим і щодо температури, і щодо кисню, і щодо води, і щодо освітлення — тобто тих природних факторів, які сприяють деградації органіки в природі.
Пластик містить десятки різних молекул, виготовлених з довгих ланцюгів атомів вуглецю. Всі ці молекули протистоять розщепленню, і кожна з них має різні хімічні властивості, з якими потрібно боротися по-різному.
В цей час якась невелика частка пластику переробляється, головним чином шляхом сортування корисних видів пластику, їх розплавлення та формування гранул, які можна вважати пластмасами нижчого, менш якісного класу, наприклад, для сміттєвих будівельних мішків, штучних пиломатеріалів чи плитки.
Згідно з дослідженнями, проведеними у 2017 р. в Science Advances, у 2014 р. вторинно перероблялося лише 19% всієї пластмаси. Тим часом очікується, що до 2050 року виробництво пластмас, налаштованих на різні функції, зросте на 70%, до майже 600 млн тонн на рік.
Процеси перероблення відрізняються залежно від складу та призначення пластику, тому суміш з різних пластиків, чи одяг з синтетики часто не може бути перероблений разом. Але ферменти можуть вибірково розщеплювати окремі пластики в суміші.
Ферменти є привабливим рішенням. На відміну від багатьох промислових хімічних речовин, ферменти працюють при відносно низьких температурах і вибагливі й вибіркові щодо того, з якою молекулою вони взаємодіють, Це дозволяє ферменту націлитися на один вид пластмаси в загальному «рагу» з полімерів.
Вчені розпочали полювання на такі ферменти всерйоз у 2016 році, після того, як японські дослідники, які аналізували бруд біля заводу з перероблення пластмас, виявили бактерію з незвичним апетитом до пластику. Її організм виробляв два ферменти, які разом дали йому можливість харчуватися поліетилентерефталатом (ПЕТ), розбиваючи його на свої будівельні блоки — терефталеву кислоту та етиленгліколь. ПЕТ міститься в одноразових пляшках для напоїв та у волокнах у поліефірному одязі, і він становить близько п'ятої частини всього світового виробництва пластмас.
Не зважаючи на те, що використані ПЕТ-пляшки переробляти простіше, у 2018 році лише 29% ПЕТ-пляшок у США були перероблені.
Сьогодні синтетичну тканину дуже складно переробити, оскільки вона часто змішується з іншими матеріалами. Одяг взагалі інколи має декілька шарів, що вироблені геть з різних речовин та мають протилежні властивості та функції.
Проте ферментативна біотехнологія дає нову надію. Ферменти для перероблення пластику, ці модифіковані версії природних білків, працюють при відносно низьких температурах, орієнтуються на конкретні пластмаси в суміші та продукують чисті мономери, які потім можуть утворювати новий пластик чи стати сировиною для корисних хімічних сполук, наприклад, для штучного палива — рідкого чи газового.
«Деякі пластмаси можуть бути перероблені шляхом промивання їх у ферментах, так само як мийні засоби на основі ферментів розщеплюють плями їжі в брудному одязі»,— пояснює Грегг Бекхем, інженер-хімік Національної лабораторії відновлюваної енергетики Міністерства енергетики США (NREL).
В останні роки вчені повідомляють і про організми, які можуть харчуватися такою пластмасою, як, скажімо, личинки «воскової молі». Але найбільшу перспективу щодо перероблення мають простіші організми — бактерії, які направду можуть свої харчові вподобання та апетити перетворити на практичну технологію перероблення поліетилену або поліпропілену.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 2 564 / 2021-07-18 14:02:06
