en 
Produktkonsultation
Din e-mailadresse vil ikke blive offentliggjort. Påkrævede felter er markeret *
Seniorforsker ved National Renewable Energy Laboratory (NREL) i USA Virkeligheden er, at de fleste PET-produkter, især PET-tøj og -tæpper, ikke bliver genbrugt ved hjælp af traditionelle genbrugsteknikker i dag. Forskersamfundet udvikler lovende alternativer, herunder enzymer rettet mod at depolymerisere PET, men selv disse valg er ofte afhængige af højt energiforbrug og høje omkostninger forbehandlingstrin for at være effektive
Forskerne Jaffes Gardo (til venstre), Erica Erickson (til højre) og kolleger har opdaget og karakteriseret enzymer, der nedbryder krystallinsk PET, en plastik, der bruges i engangsdrikflasker, tæpper, tøj og fødevareemballage.
Derfor kommer det meste af den PET, der produceres i dag, i sidste ende på lossepladser eller miljøet – selv PET-produkter, der rent faktisk kommer ind på genbrugsstationer.
Ikke desto mindre sagde Beckham, at tingene ændrer sig hurtigt, og avancerede metoder inden for maskinlæring og syntetisk biologi har givet videnskabsmænd en hidtil uset forståelse af den grundlæggende biologi af PET-dekonstruktive enzymer. For nylig brugte Beckham og hans kolleger ved University of Portsmouth og Montana State University disse metoder til at opdage nye enzymvarianter, som forventes at dekonstruere den mest udfordrende PET uden yderligere forbehandling.
Det betyder ikke kun, at vi er på forkant med enzymgenanvendelse til alle former for PET, herunder tæpper og tøj – det betyder også, at genanvendelse af PET snart kan være billigere end at fremstille PET fra bunden med olie.
— 1 —
Enzymer gemt i jorden
Konceptet med enzymgenvinding i PET har været kendt siden 2005, men efter at japanske videnskabsmænd gjorde forbløffende opdagelser, fik det sin debut på verdensscenen i 2016. Begravet i jorden uden for et genbrugsanlæg i Japan, et enzym, de stille og roligt kalder Ideonella sakaiensis udskiller for at nedbryde spredte gamle plastik drikkevareflasker.
Naturen giver en fantastisk løsning til at bryde de kemiske bindinger af PET. Af en eller anden grund demonstrerer naturen, hvordan man reducerer PET-flasker til deres grundlæggende komponenter: terephthalsyre og ethylenglycol.
En række undersøgelser fulgte. Forskere forsøger at forbedre de enzymer, der bruges i industriel teknologi til at behandle millioner af tons PET produceret årligt. De antager, at hvis den forbedres, kan enzymgenbrugsplatformen fuldstændig ændre nutidens underpræsterende genbrugssystemer, reducere energi- og drivhusgasemissioner og fremme en cirkulær økonomi for alle PET-produkter – også tæpper og stoffer, der ikke kan genanvendes ved hjælp af traditionelle teknologier.
Efterhånden som forskere indser potentialet ved at bruge enzymer til at nedbryde plastik, har nye artikler fra hele verden tændt op i videnskabelig litteratur," siger John McGeehan, en videnskabsmand ved University of Portsmouth (UoP) team i Storbritannien. Eksperter fra forskellige områder som f.eks. da lægemidler og biobrændstoffer kan genbruge årtiers forskningserfaring til at modificere enzymer
NREL/UoP-virksomhedens enzymgenvindingsplatform nedbryder effektivt PET-plastråmateriale (til venstre) i dets kemiske strukturelle enheder. PET-prøven til højre faldt i masse med 97,7% efter at være blevet hydrolyseret af enzymer fra NREL/UoP-firmaet.
DeepMinds 3D-gengivelse afslørede uventede strukturelle træk, såsom enzymet 611 i figuren. Omhyggelig analyse af de strukturelle signaturer af proteiner som enzym 611 kunne hjælpe holdet med at forbedre deres præstationer.
Sammen giver disse to beregningsmodeller Gado og hans kolleger mulighed for at projicere ind i ukendt territorium. På mindre end en time screenede de mere end 2 millioner proteiner, hvilket skabte en kort liste over lovende kandidater. Yderligere test bekræftede, at 5 var i stand til at dekonstruere PET, 36, som ikke tidligere var blevet beskrevet i den videnskabelige litteratur.
Det er vigtigt, at nogle er endnu bedre til at nedbryde krystallinsk PET end amorf PET.
"Disse nye enzymer er ikke kun genetisk forskellige," forklarer Gado. "De har forskellige strukturer og forskellige geometrier af de aktive centre."
Gado kan trygt tale om strukturen af de 24 nye enzymer, fordi han har set dem se ud - i det mindste i 3D-gengivelserne leveret af forskere hos DeepMind, et datterselskab af Alphabet. Kendt for at kortlægge "hele proteinuniverset" karakteriserede DeepMind disse enzymer med sit dybe læringsværktøj, AlphaFold, så holdet kunne sammenligne enzymerne side om side og bemærke deres forskelle.
Alle værktøjer har evnen til at dekonstruere PET, men der er nogle få, der ser slående anderledes ud. Ifølge Gado giver DeepMinds gengivelser værdifulde fingerpeg om, hvordan plastiske dekonstruktaser virker på PET.
"State-of-the-art AI-metoder hjælper os med at finde mønstre i enzymdata, som vil forbedre vores forståelse af, hvad der gør gode spiselige plastiske enzymer," tilføjede Gado. "Dette vil give os mulighed for at forbedre enzymer med proteinteknologi og finde andre enzymer i naturen, der fungerer på samme måde."
Dette er endnu et skridt fremad for et allerede produktivt forskerhold og endnu et skridt hen imod storstilet PET-genanvendelse.
— 3 —
Billigere og mere miljøvenligt
Analysen kvantificerede fordelene ved enzymatisk PET-genvinding
Ifølge Beckham er rengøring, sønderdeling og opvarmning - de trin, der kræves for at forberede nedbrydningen af PET - blandt de vigtigste bæredygtighedsdrivere for enzymgenbrugsanlæg i industriel skala.
"Minimering af disse forbehandlingstrin er afgørende for at gøre omkostningerne til enzymgenvinding konkurrencedygtige sammenlignet med at producere PET-harpiks fra olie," forklarer han.
Forskere ved NREL University og UoP har udviklet en omkostningseffektiv, miljøvenlig enzymatisk platform, der hurtigt kan nedbryde post-consumer PET til identiske kemiske byggesten, terephthalsyre (TPA) og ethylenglycol (EG).
I efterfølgende eksperimenter bemærkede holdet, at nogle enzymer mærket med deres maskinlæringsmetode var lige effektive til at nedbryde krystallinsk og amorf PET. Disse enzymer kræver slet ikke forbehandling for at hjælpe med at blødgøre bindingen af plastik.
"Ved at eliminere forbehandling muliggør teknologien PET-genbrug i industriel skala, hvilket faktisk er billigere end at bruge petroleum til at producere virgin PET," sagde han. "Endnu bedre kan det reducere tilhørende energi- og drivhusgasemissioner."
I en tidligere artikel offentliggjort i Joule, i 2021, havde holdet kvantificeret de økonomiske og miljømæssige fordele ved at bruge aktive enzymer på krystallinsk PET. I industrielle anlæg kan dette reducere energiefterspørgslen i forsyningskæden med 45 % og livscyklusudledningen af drivhusgasser med 38 % sammenlignet med systemer, der anvender forbehandling.
De økonomiske fordele er lige så imponerende. Når de kasserer PET-tæpper og -tøj - som ikke kan genbruges med konventionelle teknikker - kan de også producere terephthalsyre for mindre end $1 pr. kilogram. Petroleum-afledt terephthalsyre er historisk blevet solgt for $1 til $1,50 per kilogram.
"Vores enzymplatform skaber et økonomisk incitament til at rense vores oceaner," sagde Erika Erickson, en tidligere NREL-postdoc-forsker, som udførte meget af det eksperimentelle arbejde bag disse undersøgelser. "Til sådanne prispunkter kan PET-forurening genanvendes til en overkommelig pris til nye PET-produkter eller finde nye anvendelser i vindmøllevinger eller kulfiberkofangere."
Post-consumer PET-produkter, ofte dagens kilde til forurening, kan omdannes til værdifulde ressourcer for at understøtte en mere miljømæssigt bæredygtig plastøkonomi.
Det er ikke svært at forestille sig, hvordan dette ville ændre historien om plastik: PET-genbrugsomkostningerne er så lave, at økonomi foretrækker at smide det i genbrugsbeholderen frem for skraldespanden. En T-shirt, et tæppe, en sodavandsflaske – alt sættes i, og som en byggesten starter deres cirkulære rejse for at skabe en renere, grønnere verden.
