Przetwarzanie tworzyw sztucznych przy użyciu enzymów i drobnoustrojów
Rosnący popyt na produkty wykonane z tworzyw sztucznych stanowi istotny problem z punktu widzenia ochrony środowiska. Obecnie na całym świecie ludzie wytwarzają przeszło 400 milionów ton tworzyw sztucznych rocznie. Zdaniem ekspertów, do 2050 roku ilość wyprodukowanych tworzyw będzie rosła i osiągnie zapierające dech w piersiach 800 milionów ton. Jedynie część z nich trafi do recyklingu. „Oznacza to dwa problemy - marnotrawienie cennych zasobów oraz zanieczyszczenie środowiska”, wyjaśnia Lars Blank, koordynator projektu MIX-UP z ramienia Politechniki w Akwizgranie w Niemczech. „W sytuacji prognozowanego podwojenia lub wręcz potrojenia ilości wytwarzanych tworzyw sztucznych do 2050 roku, możemy mówić o całkowitym braku równowagi. Wynika z tego potrzeba opracowania nowych metod recyklingu”.
Rozwiązanie problemu ograniczeń procesu recyklingu tworzyw sztucznych
Głównym celem finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu MIX-UP było rozwiązanie problemu kluczowego ograniczenia dotyczącego procesu recyklingu tworzyw sztucznych - przetwarzania nieposortowanych mieszanek tworzyw sztucznych w cenne biotworzywa przeznaczone do ponownego wykorzystania. Koncepcja opracowana przez zespół projektu zakładała wykorzystanie mieszanek enzymów i drobnoustrojów w celu rozkładania produktów z tworzyw sztucznych na ich podstawowe elementy składowe - monomery – przeznaczone do ponownego wykorzystania. „Osoby, które miały okazję odwiedzić zakład utylizacji odpadów gromadzący odpady z tworzyw sztucznych doskonale zdają sobie sprawę z problemów, które utrudniają przetwarzanie ich do postaci czystych monomerów”, zauważa Blank. „Tworzywa sztuczne o niskiej jakości i wartości są niezwykle trudne do recyklingu”.
Wybór enzymów i bakterii rozkładających tworzywa sztuczne
Prace realizowane w ramach projektu opierały się na rezultatach prac innych zespołów, w tym finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu P4SB, w ramach którego badacze wskazali enzymy i bakterie, które rozkładają tworzywa sztuczne i rozbijają ich wiązania molekularne, pozostawiając monomery nadające się do ponownego wykorzystania. Zespół zastosował także globalne podejście łączące europejskie środowisko akademickie i podmioty przemysłowe z ich chińskimi odpowiednikami. „Globalne problemy wymagają globalnych rozwiązań i międzynarodowej współpracy”, wyjaśnia Blank. „Chiny i Unia Europejska odpowiadają za blisko 50 % światowej produkcji tworzyw sztucznych, w związku z czym logicznym rozwiązaniem jest wspólne stawienie czoła problemowi ich recyklingu”. Zespół projektu MIX-UP zaprezentował nowatorskie podejście do recyklingu tworzyw sztucznych w ramach szeregu projektów pilotażowych realizowanych w Europie i na terenie Chin. Pierwszy etap prac zakładał mechaniczne rozdrabnianie odpadów z tworzyw sztucznych. Następnie badacze zoptymalizowali mieszanki enzymów, które trafiły do odpadów. Konieczność zastosowania mieszanek wynika z faktu, że różne enzymy pozwalają na przetwarzanie różnych rodzajów tworzyw sztucznych. Zmodyfikowane enzymy były wykorzystywane w celu rozbijania polimerów na elementy składowe. Uzyskane w ten sposób monomery zostały następnie wykorzystane jako surowiec i przetworzone przez drobnoustroje w biotworzywa.
Nowe enzymy rozkładające tworzywa sztuczne
W ramach projektu badacze wskazali szereg nowych enzymów, które dobrze radziły sobie z rozkładem różnych tworzyw sztucznych, a następnie wykazali ich skuteczność. Dotychczas na łamach czasopism naukowych ukazał się szereg artykułów na ich temat, wciąż trwają także prace nad opracowaniem pozostałych rezultatów. Działania zrealizowane w ramach projektu podkreśliły także, jak istotne jest wykorzystywanie w obiegu tworzyw sztucznych, które ulegają łatwemu rozkładowi. Koordynator projektu wskazuje, że istotną zmianą byłoby zwiększenie udziału produktów z tworzyw sztucznych opartych na polihydroksyalkanianach (PHA). Są to poliestry wytwarzane w naturze przez liczne mikroorganizmy i kluczowy produkt uboczny badań pilotażowych zrealizowanych w ramach projektu MIX-UP. „Jeden z naszych chińskich partnerów zamierza otworzyć zakład produkcyjny, który będzie w stanie wytwarzać 10 000 ton PHA rocznie”, dodaje Blank. „Nasze rozwiązania powoli stają się rzeczywistością”. Dzięki połączeniu inżynierii enzymatycznej, inżynierii metabolicznej kultur mieszanych i optymalizacji bioprocesów, zespół projektu MIX-UP udowodnił możliwość rozkładu tworzyw sztucznych z wykorzystaniem naturalnych procesów. Takie rozwiązanie może umożliwić realizację nowych modeli biznesowych opartych na waloryzacji odpadów z tworzyw sztucznych, zachęcając w ten sposób do ich zbierania i usuwania ze środowiska.
Słowa kluczowe
MIX-UP, tworzywa sztuczne, enzymy, biotworzywa, recykling, przetwarzanie, mikroorganizmy
