Plastični materijali poliuretan i polivinil alkohol sada se mogu razgraditi pod blagim uslovima uz pomoć enzima kao biokatalizatora.
Naučnici sa Univerziteta u Grajfsvaldu razvili su odgovarajuće metode zajedno sa nemačkom kompanijom Covestro i timovima iz Lajpciga i Dablina, kao što je nedavno objavljeno u časopisu Angevandte Chemie International Edition u dva odvojena članka. Tako je bilo moguće uspostaviti održiv i ekološki prihvatljiv proces za recikliranje ovih polimera.
Ovo pomaže da se reši svetski problem plastičnog otpada na primeru ova dva sintetička polimera, koji se industrijski proizvode u velikim razmerama.
Plastika je trenutno neophodna za proizvodnju građevinskog materijala, električne izolacije, ambalaže za piće i hranu, tekstila i mnoge druge primene. Nažalost, masovna proizvodnja sintetičkih polimera, posebno za materijale za pakovanje, dovela je do ogromnog problema otpada za životnu sredinu. Polimeri poliuretan i polivinil alkohol doprinose oko 8 procenata evropske proizvodnje plastike.
Već nekoliko godina metode za postizanje ekološki prihvatljive reciklaže plastike bile su predmet intenzivnih istraživanja. Ovo ne samo da bi rasteretilo životnu sredinu, već bi i smanjilo količinu benzina koja je potrebna za hemijsku proizvodnju nove plastike. Štaviše, manje gasova staklene bašte CO 2 bi se emitovalo iz postrojenja za spaljivanje smeća koja trenutno sagorevaju plastični otpad.
Poliuretani (PUR) se koriste za proizvodnju dušeka, izolacionih materijala, termoplasta (tj. za sportsku obuću) i za premaze (zaptivke, farbanje, lepkovi). Razvijene su hemijske metode za razgradnju ovih jedinjenja, ali one zahtevaju velike količine energije jer su potrebne visoke temperature i pritisci.
Biotehnološke metode koje koriste mikroorganizme ili enzime kao prirodne biokatalizatore predstavljaju alternativu jer omogućavaju degradaciju i posebno reciklažu – izolaciju građevinskih blokova za stvaranje nove plastike – na umerenim temperaturama od najviše 40°C i bez upotrebe hemijskih reagenasa.
Tim prof. dr Uvea Bornšeuera na Institutu za biohemiju Univerziteta u Grajfsvaldu, zajedno sa naučnicima iz kompanije Covestro (Leverkuzen), sada je identifikovao ključne enzime, koji su u stanju da razgrađuju poliuretan u njegove građevne blokove nakon hemijskog prethodnog tretmana.
„Potraga za ovim specifičnim biokatalizatorima bila je veoma naporna jer smo morali da pregledamo oko dva miliona kandidata kako bismo otkrili prva tri enzima, za koje je dokazano da razbijaju specijalnu hemijsku vezu prisutnu u poliuretanima“, objašnjava dr. student Iannick Branson (Univerzitet u Grajfsvaldu), opisujući izazove ovog projekta.
„Sa ovim revolucionarnim otkrićem sada imamo preduslov da dizajniramo ove biokatalizatore po meri koristeći metode proteinskog inženjeringa koje imaju za cilj da razviju industrijsku reciklažu poliuretana,“ dalje objašnjava prof. dr Uve Bornšeuer (Univerzitet u Grajfsvaldu). „Koristeći ove novoidentifikovane enzime, približavamo se našem cilju cirkularne ekonomije za industriju polimera“, dodaje dr Gernot Jeger, šef Kompetentnog centra za biotehnologiju u Covestro AG (Leverkuzen).
Polivinil alkoholi (PVA) imaju raznovrsna svojstva i takođe se široko primenjuju, na primer za premazivanje vlakana i kao folije za pakovanje. Do sada ne postoje zreli procesi za degradaciju PVA. Ovde je tim profesora Bornšeuera takođe mogao da razvije osnovne principe za biotehnološki proces zajedno sa stručnjakom za polimere sa Univerzitetskog koledža u Dablinu (Irska) i naučnicima iz Lajpciga. Degradacija PVA se može postići elegantnom kombinacijom tri različita enzima, koji su zatim u stanju da modifikuju polimer na postepen način da bi dobili fragmente polimera, koji se zatim mogu koristiti za njegovu reciklažu.
