Успешное сотрудничество трёх исследовательских институтов проложило путь к экономически выгодному процессу использования ферментов для переработки пластмасс.
Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL), Университета Массачусетса в Лоуэлле и Университета Портсмута в Англии ранее сотрудничали в области биологической инженерии усовершенствованных ферментов PETase, которые могут разрушать полиэтилентерефталат (PET). Благодаря низкой стоимости производства и отличным свойствам материала, PET широко используется в одноразовой упаковке, бутылках для газировки и текстиле.
Новое исследование, опубликованное в Nature Chemical Engineering, сочетает предыдущие фундаментальные исследования с передовым химическим машиностроением, разработкой процессов и технико-экономическим анализом, чтобы заложить основу для переработки ПЭТ с помощью ферментов в промышленных масштабах.
В то время как существуют текущие методы переработки ПЭТ, они часто несовместимы с типичными низкокачественными пластиковыми отходами. Потенциальное решение заключается в использовании ферментов, которые могут избирательно разрушать ПЭТ даже из загрязнённых и окрашенных потоков пластиковых отходов.
Новый дизайн исследователей сосредоточен на улучшениях на каждом этапе процесса: от разрушения пластика с помощью ферментов до эффективного извлечения полученных строительных блоков, или мономеров. Эти мономеры можно использовать для изготовления нового пластика или переработать для получения материалов более высокой ценности, сэкономив энергию и ресурсы.
Ключ к тому, чтобы сделать такой процесс жизнеспособным, — снизить требования к энергии и затратам, что, в свою очередь, приведёт к удешевлению продукта. Команда достигла этого за счёт инноваций, которые меняют условия реакции и технологии разделения, чтобы сократить дорогостоящие добавки кислот и оснований более чем на 99%, снизить годовые эксплуатационные расходы на 74% и сократить потребление энергии на 65%.
«Несмотря на преимущества ферментативной переработки для сложных потоков пластиковых отходов, эта область столкнулась с многочисленными проблемами для реальной реализации», — сказал Грегг Бекхэм, старший научный сотрудник NREL и соруководитель исследования. «Здесь мы использовали междисциплинарный подход, который включает в себя множество инноваций для реализации экономически жизнеспособного и масштабируемого процесса».
Смоделированная стоимость полученного переработанного ПЭТ теперь ниже, чем у отечественного первичного ПЭТ в США (1,51 доллара за килограмм против 1,87 доллара за килограмм), что делает этот вариант привлекательным для инвестиций в промышленность и масштабирования.
Согласно исследованию NREL 2022 года, в 2019 году в Соединённых Штатах 86% пластмасс были захоронены на свалках — материалы с достаточной воплощённой энергией для обеспечения 5% потребностей транспортного сектора США в энергии. Ожидается, что к 2050 году мировое производство пластмасс увеличится в 2–4 раза по сравнению с нынешним уровнем. Поэтому переработка и повышение ценности большего количества пластиковых отходов, образующихся после потребления, — это возможность вернуть эту энергию для производства отечественных материалов.
«Мы видим значительные возможности для разработки, тестирования и оптимизации новых технологий переработки для эффективной переработки постпотребительских пластмасс в сырьё для новых материалов», — сказала Наташа Мёрфи, биохимик из NREL и соавтор первой публикации.
Предоставлено:
[National Renewable Energy Laboratory](https://phys.org/partners/national-renewable-energy-laboratory/)
[National Renewable Energy Laboratory](http://www.nrel.gov/)