Отходы пластика бывают разных видов. Хотя некоторые из них легко поддаются переработке, другие представляют значительные трудности.
«Полистирол — один из таких проблемных материалов», — говорит Кристоф Виттманн, профессор биотехнологии в Саарландском университете, который посвятил свою карьеру изучению экологически чистых способов утилизации или переработки проблемных пластиков. Благодаря работе его команды, полистирол, наиболее известный в своей экструдированной вспененной форме как пенопласт, может вскоре избавиться от своей сомнительной репутации и стать востребованным сырьём для химической промышленности.
Глобально ежегодно образуется 20 миллионов тонн отходов полистирола, и лишь малая часть из них в настоящее время перерабатывается. Но если Кристоф Виттманн добьётся своего, то эта проблема скоро исчезнет.
Работая в сотрудничестве с химиками-полимерщиками из исследовательской группы профессора Маркуса Галлея, материаловедами из Института новых материалов имени Лейбница (INM) в Саарбрюккене и партнёрами в Дортмунде и Вене, биотехнолог из Саарланда сумел заставить бактерии расщеплять молекулярные строительные блоки полистирола и превращать их в полезные химические вещества.
Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
Эти молекулярные строительные блоки сначала извлекаются из отходов полистирола с помощью энергоэффективного процесса, закладывая основу для последующей микробной переработки.
Бактерия Pseudomonas putida была настроена таким образом, чтобы метаболизировать эти субстраты и получать полезные продукты. На это ушли годы кропотливой работы в лаборатории, в ходе которой метаболизм бактерии был настроен таким образом, чтобы она не только развила «вкус» к полистиролу (что редко встречается у бактерий), но и вырабатывала нужные метаболиты.
Одним из таких метаболитов является муконовая кислота, которую затем можно химически преобразовать в адипиновую кислоту и гексаметиленидиамин. Эти два соединения содержат по шесть атомов углерода в цепи. В адипиновой кислоте цепь оканчивается двумя группами карбоновой кислоты — по одной на каждом конце. В гексаметиленидиамине тот же углеродный каркас заканчивается двумя аминогруппами.
Химики сразу узнают в них ключевые компоненты, используемые для производства нейлона — полимера, имеющего огромное коммерческое значение. Нейлон используется в бесчисленных повседневных предметах: от нейлоновых чулок до ковров, от автомобильных сидений до кабельных стяжек, от кухонной утвари до настенных вилок.
Превращая трудноперерабатываемый полистирол в востребованное сырьё для производства высококачественных технических и высокопрочных полимеров, биологическая переработка, разработанная в Саарбрюккене, предлагает явное преимущество перед традиционной переработкой.
Процесс, разработанный в Саарбрюккене, открыл совершенно новые возможности для химической промышленности, поскольку позволяет миллионами тонн отходов полистирола оставаться в материальном цикле и перепрофилироваться в ценное сырьё.
«Настоящий прорыв, — говорит Виттманн, — заключается в том, что наши коллеги из INM во главе с профессором Арансазу дель Кампо смогли продемонстрировать, что продукты, полученные нашим методом, имеют идентичные свойства с теми, что сделаны из первичных источников на основе нефти».
Другими словами, полимеры, полученные из переработанного полистирола, столь же прочны и устойчивы, как и вновь синтезированные полимеры, изготовленные с использованием традиционных нефтяных сырьевых материалов.
Эти важные выводы стали возможны благодаря университетскому кампусу, компактная планировка и интегрированная исследовательская инфраструктура которого обеспечивают беспрепятственное сотрудничество между различными дисциплинами.
«Сотрудничество здесь намного проще, чем во многих других университетских центрах, — говорит Виттманн. — Я легко могу встретиться с коллегами из химического факультета или Института Лейбница за чашкой кофе, или мы можем обсудить проект за обедом. Это одно из больших преимуществ Саарландского университета», — говорит профессор Виттманн, указывая на то, что в других университетах исследовательские группы часто расположены в разных частях города, что затрудняет сотрудничество.
Сегодня ни один учёный не может добиться успеха в изоляции, особенно в таких областях, как его.
«Прогресс в области устойчивого развития зависит от сотрудничества, — объясняет Виттманн. — Это не то, чего может достичь один исследователь».
Предоставлено Саарландским университетом.