Przetwarzanie tworzyw sztucznych inspirowane mikroorganizmami
Niewłaściwe gospodarowanie odpadami z tworzyw sztucznych od ponad pół wieku wiąże się z coraz poważniejszymi zagrożeniami dla zdrowia ludzi i środowiska. Obecnie tworzywa sztuczne, a zwłaszcza wykonane z nich opakowania, są powszechnie używane, choć coraz wyraźniej widać wady obecnej gospodarki tymi materiałami. Jeśli modele produkcji tworzyw sztucznych i praktyki gospodarowania odpadami nie ulegną zmianie, do 2050 roku na składowiskach i w środowisku naturalnym będzie się znajdować około 12 miliardów ton plastikowych śmieci. Ze względu na duże zapotrzebowanie na zrównoważoną produkcję oraz degradację tworzyw sztucznych podjęto ważne działania mające celu wyizolowanie i zidentyfikowanie unikalnych mikroorganizmów wykorzystujących tworzywa sztuczne jako źródło węgla. Wskaźniki biodegradacji są nadal bardzo niskie, pomimo uzyskanych dowodów empirycznych. W ramach finansowanego ze środków UE projektu SOLFORPLAS wdrożono nowoczesne narzędzia biologiczne, w tym procesy fermentacyjne i analityczne, oraz najnowsze metody przemysłowych badań mikrobiologicznych, aby opracować nowe metody biodegradacji tworzyw sztucznych. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu z działań „Maria Skłodowska-Curie”. W innowacyjnym rozwiązaniu połączono wytłaczarkę i bioreaktor oraz wykorzystano obróbkę fizyczną, chemiczną i biologiczną, by odtworzyć cały proces biodegradacji tworzyw sztucznych zachodzący w mikroorganizmach.
Przełom w dziedzinie recyklingu tworzyw sztucznych
Polietylen, polimer badany w projekcie SOLFORPLAS, został wstępnie rozłożony metodami fizykochemicznymi, które są przyjazne dla środowiska. W wyniku zastosowanej obróbki powstały związki o mniejszej masie cząsteczkowej wzrosła także wydajność utleniania polimeru, a tym samym jego indeks karbonylowy. Innymi słowy, długie łańcuchy węglowe zostały rozbite, a związek został utleniony, co umożliwiło jego późniejszą depolimeryzację przez mikroorganizmy. „Ten etap jest niezwykle ważny, ponieważ żaden mikroorganizm nie jest w stanie rozłożyć niepoddanego obróbce polietylenu. Materiał polimerowy musi więc zostać poddany obróbce wstępnej przed wystawieniem go na działanie mikroorganizmów”, wyjaśnia Gemma Buron-Moles, koordynatorka projektu. Scharakteryzowanie i zoptymalizowanie najbardziej efektywnych procesów biodegradacji tworzyw sztucznych niewątpliwie będzie miało znaczenie komercyjne dla przemysłu. Produktem końcowym jest biomasa składająca się z białek jednokomórkowych, stanowiąca zielony, zrównoważony dodatek do diety ludzi oraz zwierząt (źródło białka w zielonej chemii), wytwarzana zgodnie z założeniami gospodarki o obiegu zamkniętym.
Wprowadzanie zrównoważonej biodegradacji na rynek
„Przeprowadzone badania mogą zaowocować patentami, co może mieć korzystny wpływ na przemysł”, dodaje Buron-Moles. Potrzebne są jednak dalsze badania zanim technologię będzie można wykorzystać komercyjnie. Zespół opisał możliwe zastosowania komercyjne, a wyniki projektu mogą potencjalnie zostać wykorzystane w ramach naukowej i technologicznej współpracy z reprezentantami sektora zielonego przemysłu w celu opracowania pilotażowej linii biodegradacji tworzyw sztucznych z zastosowaniem technologii i wiedzy fachowej z zakresu wytłaczania. Zainteresowanie przemysłowe wynikami projektu SOLFORPLAS zostało również potwierdzone podczas współpracy z hiszpańską firmą Polymer Char, mającą 30 lat doświadczenia w charakteryzacji polimerów, która przeanalizowała próbki za pomocą chromatografii żelowo-permeacyjnej. Potencjał komercjalizacji wyników projektu jest więc bardzo silny, a rozwiązania spotkały się z dużym zainteresowaniem ze strony przedsiębiorstw z branży recyklingu i przetwarzania tworzyw sztucznych. „Wierzymy, że publikacje, w których opiszemy nasze propozycje rozwiązań, odbiją się szerokim echem, przyciągną uwagę mediów oraz wpłyną na budowanie świadomości społecznej tego poważnego problemu oraz wpływu przetwarzania tworzyw sztucznych na zdrowie”, podsumowuje Buron-Moles. Publikacje tworzone w ramach projektu SOLFORPLAS są obecnie w przygotowaniu.
Słowa kluczowe
SOLFORPLAS, tworzywa sztuczne, biodegradacja, odpady z tworzyw sztucznych, recykling polimerów, mikroorganizmy, polietylen, depolimeryzacja, biomasa