Naukowcy z Uniwersytetu w Lipsku odkryli niezwykle wydajny enzym PHL7, który rozkłada PET w rekordowo krótkim czasie. Enzym został znaleziony w kompostowniku na cmentarzu Südfriedhof w Lipsku.

Od pewnego czasu wiadomo, że niektóre enzymy rozkładające poliester, mogą też rozkładać PET. Przykładem jest enzym LCC, który został odkryty w Japonii w 2012 roku, uważany za szczególnie skutecznego „pożeracza plastiku”. Cały czas trwają poszukiwania równie skutecznych substancji: w poszukiwaniach tych, w ramach unijnych projektów MIPLACE i ENZYCLE, bierze też udział zespół kierowany przez dr Christiana Sonnendeckera z Instytutu Chemii Analitycznej Uniwersytetu w Lipsku.

Naukowcy znaleźli i zbadali siedem różnych enzymów. Siódmy kandydat, znaleziony w kompostowniku na cmentarzu Südfriedhof w Lipsku, nazwany PHL7, osiągnął w laboratorium wyniki znacznie powyżej średniej. W eksperymentach naukowcy dodawali PET do pojemników z wodnym roztworem zawierającym PHL7 lub LCC, dotychczasowego lidera w rozkładzie PET. Następnie zmierzyli ilość plastiku, który uległ degradacji w określonym czasie i porównali ze sobą wartości.

Wyniki okazały się spektakularne: w ciągu 16 godzin PHL7 rozłożył aż 90 procent próbki tworzywa PET, podczas gdy LCC w tym samym czasie poradziło sobie z zaledwie 45 procent próbki.

– Nasz enzym jest dwukrotnie bardziej wydajny niż złoty standard wśród hydrolaz rozszczepiających poliester – podkreśla dr Sonnendecker. – PHL7 rozłożył na przykład plastikowy koszyk – taki, jakiego używa się do sprzedaży winogron w supermarketach – w mniej niż 24 godziny.

Naukowcy odkryli, że za tę ponadprzeciętną aktywność odpowiada pojedynczy element budowy enzymu. W miejscu, gdzie inne znane wcześniej hydrolazy rozszczepiające poliester zawierają resztę fenyloalaniny, PHL7 zawiera leucynę.

Biologiczny recykling PET ma duże zalety w porównaniu z konwencjonalnymi metodami, które opierają się głównie na procesach termicznych, w których odpady z tworzyw sztucznych topią się w wysokich temperaturach. Procesy te są bardzo energochłonne, a jakość odzyskiwanego tworzywa spada z każdym cyklem recyklingu. Z kolei enzymy do swojej pracy wymagają jedynie środowiska wodnego i temperatury od 65 do 70 stopni Celsjusza. Kolejnym plusem jest fakt, że rozkładają one PET na jego składniki: kwas tereftalowy i glikol etylenowy, które następnie można ponownie wykorzystać do produkcji nowego PET – co skutkuje zamkniętym cyklem.

Do tej pory biologiczny recykling PET był jednak testowany tylko w pilotażowym zakładzie we Francji.

– Enzym odkryty w Lipsku może wnieść istotny wkład w tworzenie alternatywnych, energooszczędnych procesów recyklingu tworzyw sztucznych – komentuje profesor Wolfgang Zimmermann, który odegrał kluczową rolę w rozpoczęciu działalności badawczej nad technologiami enzymatycznymi na Uniwersytecie w Lipsku. – Ze względu na ogromne problemy spowodowane globalnym obciążeniem środowiska odpadami z tworzyw sztucznych coraz ważniejsze staje się znalezienie przyjaznych dla środowiska metod ponownego wykorzystania plastiku w zrównoważonej gospodarce o obiegu zamkniętym. Wykazano, że biokatalizator opracowany obecnie w Lipsku jest wysoce skuteczny w szybkim rozkładaniu zużytych opakowań PET i nadaje się do stosowania w przyjaznym dla środowiska procesie recyklingu, w którym z produktów rozkładu można wytwarzać nowe tworzywa sztuczne.

Naukowcy z Lipska mają nadzieję, że enzym PHL7 pomoże rozwinąć recykling biologiczny w warunkach przemysłowych i poszukują w tym celu partnerów branżowych. Są przekonani, że wyższa prędkość znacznie obniży koszty recyklingu. W ciągu najbliższych dwóch do trzech lat zamierzają stworzyć prototyp, który umożliwi dokładniejsze określenie korzyści ekonomicznych płynących z szybkiego biologicznego procesu recyklingu.

Naukowcy z zespołu prof. Jörga Matysika z Instytutu Chemii Analitycznej chcą również wyjaśnić strukturę i funkcję enzymów za pomocą spektroskopii NMR. Pracują też nad nową metodą obróbki wstępnej, aby rozwiązać pewien kłopotliwy problem recyklingu biologicznego: rozkład PET przez enzymy działał do tej pory tylko w przypadku tak zwanego amorficznego PET, który jest używany w takich produktach jak opakowania owoców, ale nie w przypadku plastikowych butelek wykonanych z PET o wyższej krystaliczności.