Разложить пластик!

Новые исследования в области промышленного производства

Одна из самых больших проблем использования изделий из пластика связана с тем, что этот материал не разлагается в естественных условиях и поэтому его сложно утилизировать, что приводит к загрязнению окружающей среды. Однако, похоже, выход наконец найден: недавно ученые из университета Тулузы (Франция) разработали бактериальный фермент, способный за короткое время расщеплять пластик на отдельные вещества.

В быту люди чаще всего утилизируют пластик в виде тары, к примеру одноразовой посуды или емкостей от напитков. Промышленное производство пластмасс разного вида привело к накоплению в мире более восьми миллиардов тонн отходов, 80% из которых не подлежат переработке. Это сильно вредит экологии. Сегодня микрочастицы пластика находят даже в водопроводной воде. Пластиковые изделия попадают в воды Мирового океана, загрязняя его и нанося вред морским обитателям. Так, между Калифорнией и Гавайскими островами обнаружили целый остров площадью примерно с Центральную Европу, состоящий из отбросов! По словам специалистов, мусор, болтающийся у берегов Японии и США, занесен туда океанскими течениями. В основном это использованные пластиковые бутылки, которые люди за ненадобностью выбрасывали в море. По приблизительным подсчетам, вес «пластикового острова» составляет около 3 миллионов тонн. Пятно мусора в океане хорошо видно из космоса…

Впрочем, вопрос успешно решается. Так, уже выяснилось, что бактерии Nocardia asteroides и грибки Penicillium simplicissimum способны перерабатывать полиэтилен. Большие надежды возлагаются и на так называемый альтервитальный синтез – создание искусственным путем биоферментов и бактерий, питающихся неорганическими отходами. Созданы полимерные материалы, которые при утилизации превращаются в натуральные биовещества и включаются в процесс природного обмена, к примеру, служат пищей для микроорганизмов, перерабатывающих их в перегной. Из таких полимеров можно изготавливать самые разно­образные вещи.

Но сегодня только около 30% пластика из-под питьевых емкостей идет в переработку для повторного использования. Один из наиболее распространенных пластмассовых материалов в мире – полиэтилентерефталат (ПЭТ). Изделия из ПЭТ можно перерабатывать, например изготавливать полиэфирное волокно (лавсан), входящее в состав дешевой синтетической одежды и ковров. Однако при этом пластик теряет прочность, и во второй раз изделия из него остается только отправить на свалку или сжечь. Но если зола органического происхождения вполне безобидная субстанция, кстати, служащая прекрасным удобрением для огородных посевов, то с неорганикой дело обстоит куда сложнее. Например, при сгорании пластика в атмосферу выделяются химические соединения, крайне вредные для организма.

Специалисты пытались решить проблему путем поиска бактерий, способных разрушать как ПЭТ, так и другие пластмассы. Микробиолог Кендзи Миямото и его коллеги из университета Кэйо в Йокогаме (Япония) в поисках подходящего «кандидата» проанализировали около 100000 микроорганизмов. В 2016 году они обнаружили в куче компостных листьев близ завода по производству пластика бактерию Ideonella sakaiensis, способную расщеплять ПЭТ на низкотоксичные этиленгликоль и терефталевую кислоту. Примерно за полгода бактерии справлялись с полимерной пленкой толщиной 0,2 миллиметра.

Сначала ученые построили трехмерную модель энзима, определив его структуру с помощью ускорительного комплекса третьего поколения Diamond Light Source (Оксфордшир, Великобритания). Длинноволновой молекулярный кристаллограф I23 позволял рассмотреть строение отдельных атомов. «Возможность наблюдать работу этого биологического катализатора дала нам черновики для создания более быстрого и эффективного фермента», – прокомментировал один из руководителей проекта, профессор Джон Макгихан из Портсмутского университета.

Было подсчитано, что желаемый результат может быть достигнут, если фермент пересадят бактериям-экстремофилам, способным выдерживать температуру выше 70 °С, при которой плавится ПЭТ. Также для разложения пластика можно использовать некоторые виды грибка, но для производства в промышленных масштабах все же удобнее бактерии. В частности, их можно даже доставлять прямо к океанским скоплениям мусора, чтобы они поедали пластик, предположили эксперты.

В прошлом году Ален Марти из Тулузского университета решил возобновить исследования, начатые несколько лет назад его коллегами, но так и не завершенные. Его команде удалось во время реакций, идущих при температуре 72 °C, добиться того, чтобы оптимизированный фермент разлагал ПЭТ в 10000 раз эффективнее, чем изначальный. Так, 90% тонны измельченных пластиковых бутылок он всего за десять часов расщепил на химические композиты, которые, как выяснилось, можно в дальнейшем использовать вторично для изготовления различных изделий. При этом прочность их значительно возрастет.

Ученые зарегистрировали компанию Car­bios, которая в случае успешности разработки станет заниматься промышленным производством изделий из переработанного пластика. В следующем году планируется открытие демонстрационного завода, а к 2025 году – выход на промышленные объемы.

Ида ШАХОВСКАЯ