en 
Termék konzultáció
Az e-mail címed nem kerül nyilvánosságra. A kötelező mezők meg vannak jelölve *
Az Egyesült Államok Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriumának (NREL) vezető kutatója A valóság az, hogy a legtöbb PET-terméket, különösen a PET-ruházatot és -szőnyeget, ma már nem a hagyományos újrahasznosítási technikákkal hasznosítják újra. A kutatói közösség ígéretes alternatívákat fejleszt, köztük a PET depolimerizálását célzó enzimeket, de még ezek a választások is gyakran nagy energiafogyasztáson és költséges előkezelési lépéseken alapulnak ahhoz, hogy hatékonyak legyenek.
Jaffes Gardo (balra), Erica Erickson (jobbra) és munkatársai olyan enzimeket fedeztek fel és jellemeztek, amelyek lebontják a kristályos PET-et, az eldobható italos palackokban, szőnyegekben, ruházatban és élelmiszer-csomagolásokban használt műanyagot.
Ezért a manapság előállított PET nagy része végül hulladéklerakókba vagy a környezetbe kerül – még olyan PET-termékek is, amelyek ténylegesen az újrahasznosító állomásokra kerülnek.
Mindazonáltal Beckham azt mondta, hogy a dolgok gyorsan változnak, és a gépi tanulás és a szintetikus biológia fejlett módszerei révén a tudósok példátlanul megértették a PET dekonstruktív enzimek alapvető biológiáját. A közelmúltban Beckham és munkatársai a Portsmouth-i Egyetemen és a Montana Állami Egyetemen alkalmazták ezeket a módszereket új enzimváltozatok felfedezésére, amelyek várhatóan további előkezelés nélkül lebontják a legnagyobb kihívást jelentő PET-et.
Ez nem csak azt jelenti, hogy élen járunk az enzim-újrahasznosításban a PET minden formájában, beleértve a szőnyegeket és a ruházatot is, hanem azt is, hogy a PET újrahasznosítása hamarosan olcsóbb lehet, mint a PET olajjal történő nulláról történő előállítása.
— 1 –
A talajban elrejtett enzimek
A PET-ben az enzimek visszanyerésének koncepciója 2005 óta ismert, de miután japán tudósok megdöbbentő felfedezéseket tettek, 2016-ban debütált a világ színpadán. Egy japán újrahasznosító létesítményen kívül a talajba temették el az általuk Ideonella sakaiensisnek nevezett enzimet. kiválasztja, hogy lebontsa a szétszórt régi műanyag italos palackokat.
A természet nagyszerű megoldást kínál a PET kémiai kötéseinek megszakítására. Valamilyen oknál fogva a természet bemutatja, hogyan lehet a PET-palackokat alapvető összetevőikre redukálni: tereftálsavra és etilénglikolra.
Tanulmányok sorozata következett. A tudósok megkísérlik az ipari technológiában használt enzimeket az évente előállított több millió tonna PET feldolgozására. Feltételezik, hogy ha továbbfejlesztik, az enzim-újrahasznosító platform teljesen megváltoztathatja a ma gyengén teljesítő újrahasznosítási rendszereket, csökkentheti az energia- és az üvegházhatású gázok kibocsátását, és elősegítheti a körkörös gazdaságot minden PET-termék esetében – még a hagyományos technológiákkal nem újrahasznosítható szőnyegek és szövetek esetében is.
Ahogy a kutatók ráébrednek az enzimek használatában rejlő lehetőségekre a műanyagok lebontására, a világ minden tájáról származó új közlemények világítanak rá a tudományos irodalomra” – mondta John McGeehan, a University of Portsmouth (UoP) brit kutatócsoportjának tudósa. mivel a gyógyszerek és a bioüzemanyagok több évtizedes kutatási tapasztalatot is felhasználhatnak az enzimek módosítására
Az NREL/UoP cég enzimvisszanyerő platformja hatékonyan bontja le a PET műanyag alapanyagot (balra) kémiai szerkezeti egységeire. A jobb oldali PET-minta tömege 97,7%-kal csökkent, miután az NREL/UoP cég enzimei hidrolizálták.
A DeepMind 3D-s renderelése váratlan szerkezeti jellemzőket tárt fel, például az ábrán a 611-es enzimet. A fehérjék, például a 611-es enzim szerkezeti aláírásainak gondos elemzése segíthet a csapatnak teljesítményük javításában.
Ez a két számítási modell együtt lehetővé teszi Gado és kollégái számára, hogy feltérképezetlen területekre vetítsenek. Kevesebb, mint egy óra leforgása alatt több mint 2 millió fehérjét szűrtek át, és létrehozták az ígéretes jelöltek rövid listáját. A további vizsgálatok megerősítették, hogy 5-en képesek voltak dekonstruálni a PET-et, 36-ot, amelyet korábban nem írtak le a tudományos irodalomban.
Fontos, hogy egyesek még jobban lebontják a kristályos PET-et, mint az amorf PET-et.
"Ezek az új enzimek nemcsak genetikailag sokfélék" - magyarázza Gado. "Különböző szerkezettel és az aktív központok geometriájával rendelkeznek."
Gado magabiztosan tud beszélni a 24 új enzim felépítéséről, mert látta, hogy így néznek ki – legalábbis a DeepMind, az Alphabet leányvállalata kutatói által biztosított 3D-s megjelenítéseken. A "teljes fehérje-univerzum" feltérképezéséről ismert DeepMind jellemezte ezeket az enzimeket mély tanulási eszközével, az AlphaFolddal, így a csapat egymás mellett tudta összehasonlítani az enzimeket, és észrevette különbségeiket.
Minden eszköz képes lebontani a PET-et, de van néhány, amely feltűnően eltérően néz ki. Gado szerint a DeepMind renderelései értékes támpontokat adnak ahhoz, hogy a műanyag dekonstruktázok hogyan hatnak a PET-re.
"A legkorszerűbb mesterségesintelligencia-módszerek segítenek megtalálni az enzimadatokban a mintákat, ami jobban megérti, hogy mitől jó műanyag ehető enzim" - tette hozzá Gado. "Ez lehetővé teszi számunkra, hogy fehérjetechnológiával javítsuk az enzimeket, és más enzimeket találjunk a természetben, amelyek hasonlóan teljesítenek."
Ez egy újabb lépés előre a már amúgy is termékeny kutatócsoport számára, és egy újabb lépés a nagyszabású PET-újrahasznosítás felé.
— 3 —
Olcsóbb és környezetbarátabb
Az elemzés számszerűsítette az enzimatikus PET-kinyerés előnyeit
Beckham szerint a tisztítás, aprítás és melegítés – a PET lebontásának előkészítéséhez szükséges lépések – az ipari méretű enzim-újrahasznosító létesítmények legfontosabb fenntarthatósági mozgatórugói.
"Ezen előkezelési lépések minimalizálása kritikus fontosságú ahhoz, hogy az enzim-visszanyerési költségek versenyképesek legyenek a PET-gyanta kőolajból történő előállításához képest" - magyarázza.
A NREL Egyetem és az UoP tudósai egy költséghatékony, környezetbarát enzimatikus platformot fejlesztettek ki, amely gyorsan lebontja a fogyasztás utáni PET-et azonos kémiai építőelemekre, tereftálsavra (TPA) és etilénglikolra (EG).
A következő kísérletekben a csapat észrevette, hogy egyes, gépi tanulási módszerükkel jelölt enzimek egyformán hatékonyak a kristályos és az amorf PET lebontásában. Ezek az enzimek egyáltalán nem igényelnek előkezelést a műanyagok kötődésének lágyításához.
"Az előkezelés kiküszöbölésével a technológia lehetővé teszi az ipari méretű PET újrahasznosítását, ami valójában olcsóbb, mint a kőolaj felhasználása a szűz PET előállításához" - tette hozzá Beckham. "Még jobb, hogy csökkentheti a kapcsolódó energia- és üvegházhatású gázok kibocsátását."
A Joule-ban 2021-ben megjelent korábbi cikkben a csapat számszerűsítette az aktív enzimek kristályos PET-en történő alkalmazásának gazdasági és környezeti előnyeit. Az ipari méretű létesítményekben ezzel 45%-kal csökkenthető az ellátási lánc energiaigénye, és 38%-kal az üvegházhatású gázok életciklusa alatti kibocsátása az előkezelést alkalmazó rendszerekhez képest.
A gazdasági előnyök is lenyűgözőek. Ha eldobják a PET-szőnyegeket és -ruházatot – amelyeket a hagyományos technikákkal nem lehet újrahasznosítani –, kilogrammonként kevesebb mint 1 dollárért tereftálsavat is termelhetnek. A kőolajból származó tereftálsavat a történelem során kilogrammonként 1-1,50 dollárért árulták.
"Enzimplatformunk gazdasági ösztönzőt jelent óceánjaink megtisztítására" - mondta Erika Erickson, az NREL korábbi posztdoktori kutatója, aki a kísérleti munka nagy részét e tanulmányok mögött végezte. "Ilyen árfekvés mellett a PET-szennyeződés megfizethető áron újrahasznosítható új PET-termékekké, vagy új felhasználási módot találhat a szélturbinák lapátjaiban vagy szénszálas lökhárítóiban."
A fogyasztás utáni PET-termékek, amelyek gyakran napjaink szennyező forrásai, értékes erőforrásokká alakíthatók a környezetileg fenntarthatóbb műanyaggazdaság támogatása érdekében.
Nem nehéz elképzelni, hogy ez hogyan változtatná meg a műanyaggal kapcsolatos történetet: a PET újrahasznosításának költsége olyan alacsony, hogy a gazdaság inkább az újrahasznosítási kukába dobja, mint a szemetesbe. Egy póló, egy szőnyeg, egy üdítős üveg – mindent beleraknak, és építőelemként indulnak körkörös útjukra egy tisztább, zöldebb világ megteremtése érdekében.
