Mokslininkai išsiaiškino, kaip efektyviau skaidyti plastiką

Kai nuo gėrimo butelio nusukamas kamštelis, jo kelias dažniausiai tik prasideda. Vieni plastiko gaminiai atsiduria rūšiavimo linijose, kiti – sąvartynuose, dar kiti ilgus metus keliauja per upes ir vandenynus. Medžiaga, sukurta tam, kad būtų patvari ir pigi, aplinkoje tampa beveik neįveikiama. Tačiau laboratorijose vis dažniau ieškoma būdų šią savybę atsukti priešinga kryptimi – priversti plastiką suirti ne per šimtmečius, o per gerokai trumpesnį laiką.

Daugiausia vilčių siejama su PET plastiku

Mokslininkų dėmesio centre dažnai atsiduria polietileno tereftalatas, trumpai vadinamas PET. Iš jo gaminami gėrimų buteliai, maisto pakuotės, tekstilės pluoštai ir įvairūs skaidrūs indai. Šis plastikas sudarytas iš ilgų molekulių grandinių, kurias galima suskaidyti į pradinius cheminius komponentus – tereftalio rūgštį ir etilenglikolį.

Būtent čia atsiranda galimybė plastiką ne tik ištirpdyti ar sudeginti, bet ir grąžinti į gamybos ciklą. Jei skilimo metu gaunamos pakankamai grynos žaliavos, iš jų galima gaminti naują PET, neprarandant medžiagos kokybės. Tai svarbus skirtumas nuo mechaninio perdirbimo, kai plastikas dažnai susmulkinamas ir perdirbamas į žemesnės kokybės gaminius.

Lūžis šioje srityje įvyko po to, kai Japonijoje aptikta bakterija, galinti skaidyti PET. Jos gaminamas fermentas PETazė suskaldo plastiko molekulines grandines į mažesnes dalis. Vėliau mokslininkai pradėjo keisti šio fermento struktūrą, kad jis veiktų greičiau, būtų atsparesnis aukštesnei temperatūrai ir galėtų apdoroti didesnį plastiko kiekį.

Fermentų galia slypi ne vien jų atradime

Vien rasti fermentą, kuris skaido plastiką, nepakanka. Natūraliomis sąlygomis toks procesas gali būti per lėtas praktiniam naudojimui. Todėl laboratorijose analizuojama, kaip fermentas prisitvirtina prie plastiko paviršiaus, kokio rūgštingumo aplinkoje jis veikia geriausiai ir kaip temperatūra keičia jo aktyvumą.

Vienas efektyviausių metodų – fermento baltymo struktūros koregavimas. Naudodami kompiuterinius modelius ir genetinės inžinerijos priemones, tyrėjai pakeičia tam tikras fermento molekulės vietas. Tokie pakeitimai gali padėti fermentui geriau „atpažinti“ PET, išlaikyti aktyvumą aukštesnėje temperatūroje ir greičiau skaidyti ilgąsias grandines.

Temperatūra čia ypač svarbi. PET tampa lankstesnis ir lengviau pasiekiamas fermentui, kai aplinka pašildoma iki tam tikro lygio. Tačiau per didelis karštis baltymus pažeidžia, todėl reikia rasti tikslų kompromisą. Naujesni fermentai kuriami taip, kad galėtų veikti šiltesnėmis, pramoniniam procesui palankesnėmis sąlygomis.

Plastiko paruošimas gali nulemti visą procesą

Tyrimai rodo, kad efektyvumą lemia ne tik pats fermentas. Ne mažiau svarbu, kokios būklės plastikas patenka į skaidymo sistemą. Storas ir vientisas butelis fermentui sunkiai pasiekiamas, todėl atliekos pirmiausia rūšiuojamos, nuplaunamos ir susmulkinamos.

Smulkesnės dalelės turi didesnį paviršiaus plotą, prie kurio gali prisitvirtinti fermentai. Kai kuriais atvejais plastikas papildomai kaitinamas arba apdorojamas taip, kad jo molekulinės grandinės taptų lengviau pasiekiamos. Tokiu būdu fermentinis procesas gali vykti ne vien paviršiuje, bet ir giliau medžiagoje.

Dar vienas svarbus veiksnys – atliekų sudėtis. Tikras plastiko srautas retai būna visiškai švarus: jame gali būti dažiklių, klijų, kitų polimerų, maisto likučių ar metalo dalelių. Visa tai gali sulėtinti reakciją arba trukdyti vėliau atskirti gautas žaliavas. Todėl pramonėje fermentinis skaidymas greičiausiai būtų naudojamas kartu su pažangiomis rūšiavimo ir valymo sistemomis.

Nuo laboratorijos iki gamyklos dar laukia sudėtingas kelias

Fermentinis PET skaidymas jau demonstruojamas laboratorijose ir bandomosiose gamyklose, tačiau tai nereiškia, kad plastiko problema išspręsta. Pirmiausia reikia užtikrinti, kad procesas būtų ekonomiškai naudingas. Fermentų gamyba, plastiko surinkimas, smulkinimas, kaitinimas ir gautų cheminių medžiagų valymas reikalauja energijos bei infrastruktūros.

Taip pat svarbu nepervertinti metodo galimybių. PET yra palyginti patogus taikinys, nes jo cheminė struktūra leidžia ją suskaidyti fermentais. Polietilenas, polipropilenas ir kai kurios daugiasluoksnės pakuotės yra gerokai atsparesni. Vienas fermentas negali vienodai veiksmingai susidoroti su visu pasaulyje naudojamu plastiku.

Mokslininkai todėl ieško ne vieno universalaus sprendimo, o kelių technologijų derinio. Vienoms atliekoms gali tikti mechaninis perdirbimas, kitoms – cheminis, dar kitoms – biologinis skaidymas. Fermentai ypač patrauklūs dėl galimybės veikti palyginti švelniomis sąlygomis ir išgauti medžiagas, tinkamas naujam plastikui gaminti.

Jei šios technologijos bus sėkmingai pritaikytos dideliu mastu, plastiko atliekos galėtų būti vertinamos ne kaip vienkartinis šiukšlių srautas, o kaip pakartotinai panaudojama žaliava. Vis dėlto net ir greitesnis skaidymas nepanaikins poreikio mažinti perteklinį vartojimą, atsisakyti nereikalingų pakuočių ir kurti lengviau perdirbamus gaminius. Tvaresnė ateitis priklausys ne nuo vienos laboratorinės sėkmės, o nuo to, kaip greitai šis atradimas bus sujungtas su protingesne gamyba ir atsakingesniu vartojimu.