Enzymet nedbryder PET-plastik på rekordtid

Plastflasker, punnets, wrap - letvægtsemballage lavet af PET-plast bliver et problem, hvis det ikke genbruges. Forskere ved Leipzig Universitet har nu opdaget et meget effektivt enzym, der nedbryder PET på rekordtid. Enzymet PHL7, som forskerne fandt i en kompostbunke i Leipzig, kunne muliggøre biologisk PET-genanvendelse meget hurtigere end hidtil antaget. Resultaterne er nu blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift ChemSusChem og valgt som forsideemne.

En måde, hvorpå enzymer bruges i naturen, er af bakterier til at nedbryde plantedele. Det har været kendt i nogen tid, at nogle enzymer, såkaldte polyester-spaltende hydrolaser, også kan nedbryde PET. For eksempel anses enzymet LCC, som blev opdaget i Japan i 2012, for at være en særlig effektiv "plastikspiser". Holdet ledet af Dr. Christian Sonnendecker, en tidlig karriereforsker fra Leipzig Universitet, søger efter hidtil uopdagede eksempler på disse biologiske hjælpere som en del af de EU-finansierede projekter MIPLACE og ENZYCLE. De fandt, hvad de ledte efter på Südfriedhof, en kirkegård i Leipzig:I en prøve fra en kompostbunke stødte forskerne på tegningen af ​​et enzym, der nedbrød PET med rekordhastighed i laboratoriet.

Forskerne fra Institut for Analytisk Kemi fandt og undersøgte syv forskellige enzymer. Den syvende kandidat, kaldet PHL7, opnåede resultater i laboratoriet, der var væsentligt over gennemsnittet. I eksperimenterne tilføjede forskerne PET til beholdere med en vandig opløsning indeholdende enten PHL7 eller LCC, den tidligere førende inden for PET-nedbrydning. Derefter målte de mængden af ​​plastik, der blev nedbrudt i en given periode og sammenlignede værdierne med hinanden.

Resultatet:inden for 16 timer fik PHL7 PET til at nedbrydes med 90 procent; samtidig klarede LCC en nedbrydning på kun 45 procent. "Så vores enzym er dobbelt så aktivt som guldstandarden blandt polyester-spaltende hydrolaser," forklarer Sonnendecker. For eksempel nedbrød PHL7 en plastikpunnet - den slags, der bruges til at sælge druer i supermarkeder - på mindre end 24 timer. Forskerne fandt ud af, at en enkelt byggesten i enzymet er ansvarlig for denne aktivitet over gennemsnittet. På det sted, hvor andre tidligere kendte polyester-spaltende hydrolaser indeholder en phenylalaninrest, bærer PHL7 en leucin.

Biologisk PET-genanvendelse har nogle fordele i forhold til konventionelle genanvendelsesmetoder, som primært er afhængige af termiske processer, hvor plastaffaldet smeltes om ved høje temperaturer. Disse processer er meget energikrævende, og kvaliteten af ​​plasten falder med hver genbrugscyklus. Enzymer kræver på den anden side kun et vandigt miljø og en temperatur på 65 til 70 grader Celsius til deres arbejde. Et andet plus er, at de nedbryder PET til dets komponenter terephthalsyre og ethylenglycol, som derefter kan genbruges til at producere nyt PET - hvilket resulterer i en lukket cyklus. Indtil videre er biologisk PET-genanvendelse dog kun blevet testet af et pilotanlæg i Frankrig.

"Enzymet opdaget i Leipzig kan yde et vigtigt bidrag til at etablere alternative energibesparende plastgenbrugsprocesser," siger professor Wolfgang Zimmermann, der spillede en nøglerolle i etableringen af ​​forskningsaktivitet i enzymbaserede teknologier ved Leipzig Universitet. "På grund af de enorme problemer forårsaget af den globale belastning af plastaffald på miljøet, bliver det stadig vigtigere at finde miljøvenlige metoder til at genbruge plast i en bæredygtig cirkulær økonomi. Den biokatalysator, der nu er udviklet i Leipzig, har vist sig at være yderst effektiv. i den hurtige nedbrydning af brugt PET-fødevareemballage og er velegnet til brug i en miljøvenlig genbrugsproces, hvor der kan fremstilles ny plast af nedbrydningsprodukterne."

Forskerne fra Leipzig håber, at det nyopdagede enzym PHL7 kan fremme biologisk genanvendelse i praksis og leder efter industrielle partnere til dette formål. De er overbevist om, at den højere hastighed vil reducere genanvendelsesomkostningerne markant. I løbet af de næste to til tre år sigter de mod at skabe en prototype, der vil gøre det muligt at kvantificere de økonomiske fordele ved deres hurtige biologiske genbrugsproces mere præcist.

Forskerne på professor Jörg Matysiks team ved Institut for Analytisk Kemi ønsker også at belyse enzymernes struktur og funktion ved hjælp af NMR-spektroskopi. De arbejder også på en ny forbehandlingsmetode, der skal løse et problem inden for biologisk genanvendelse:PET-nedbrydning ved hjælp af enzymer har hidtil kun fungeret for såkaldt amorf PET, som bruges i blandt andet frugtemballage, men ikke til plastikflasker lavet af PET med højere krystallinitet. + Udforsk yderligere

Plastspisende enzym kan fjerne milliarder af tons affald fra lossepladser