en 
Консультация по продукту
Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Старший научный сотрудник Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в США. Реальность такова, что большинство продуктов из ПЭТ, особенно одежда и ковры из ПЭТ, сегодня не перерабатываются с использованием традиционных методов переработки. Исследовательское сообщество разрабатывает многообещающие альтернативы, в том числе ферменты, предназначенные для деполимеризации ПЭТ, но даже эти варианты часто требуют высокого энергопотребления и дорогостоящих этапов предварительной обработки, чтобы быть эффективными.
Исследователи Джаффес Гардо (слева), Эрика Эриксон (справа) и коллеги обнаружили и охарактеризовали ферменты, которые разлагают кристаллический ПЭТ – пластик, используемый в одноразовых бутылках для напитков, коврах, одежде и упаковке пищевых продуктов.
Таким образом, большая часть производимого сегодня ПЭТ в конечном итоге попадает на свалки или в окружающую среду - даже продукты из ПЭТ, которые фактически попадают на станции переработки.
Тем не менее, Бекхэм заявил, что ситуация быстро меняется, и передовые методы машинного обучения и синтетической биологии дали ученым беспрецедентное понимание фундаментальной биологии деконструктивных ферментов ПЭТ. Недавно Бекхэм и его коллеги из Портсмутского университета и Университета штата Монтана использовали эти методы для открытия новых вариантов ферментов, которые, как ожидается, смогут разрушить самые сложные ПЭТ без дополнительной предварительной обработки.
Это не только означает, что мы находимся в авангарде ферментной переработки всех видов ПЭТ, включая ковры и одежду, но это также означает, что переработка ПЭТ вскоре может оказаться дешевле, чем производство ПЭТ с нуля с использованием масла.
— 1 —
Ферменты, скрытые в почве
Концепция восстановления ферментов в ПЭТ известна с 2005 года, но после того, как японские ученые сделали удивительные открытия, она дебютировала на мировой арене в 2016 году. секреты, позволяющие разбить разбросанные старые пластиковые бутылки из-под напитков.
Природа предлагает отличное решение для разрыва химических связей ПЭТ. Почему-то природа демонстрирует, как разложить ПЭТ-бутылки до их основных компонентов: терефталевой кислоты и этиленгликоля.
Последовала серия исследований. Ученые пытаются улучшить ферменты, используемые в промышленных технологиях для переработки миллионов тонн ПЭТ, производимых ежегодно. Они предполагают, что в случае улучшения платформа переработки ферментов может полностью изменить сегодняшние неэффективные системы переработки, сократить выбросы энергии и парниковых газов, а также способствовать развитию экономики замкнутого цикла для всех продуктов из ПЭТ - даже ковров и тканей, которые не могут быть переработаны с использованием традиционных технологий.
По мере того, как исследователи осознают потенциал использования ферментов для расщепления пластмасс, новые статьи со всего мира освещают научную литературу», — сказал Джон МакГихан, ученый из команды Портсмутского университета (UoP) в Великобритании. Эксперты из разных областей, таких как поскольку фармацевтические препараты и биотопливо могут повторно использовать многолетний опыт исследований для модификации ферментов.
Платформа восстановления ферментов компании NREL/UoP эффективно разлагает сырье ПЭТ-пластика (слева) на его химические структурные единицы. Образец ПЭТ справа уменьшился в массе на 97,7% после гидролиза ферментами компании NREL/UoP.
3D-рендеринг DeepMind выявил неожиданные структурные особенности, такие как фермент 611 на рисунке. Тщательный анализ структурных особенностей белков, таких как фермент 611, может помочь команде улучшить их работу.
Вместе эти две вычислительные модели позволяют Гадо и его коллегам проникнуть на неизведанную территорию. Менее чем за час они проверили более 2 миллионов белков, составив короткий список многообещающих кандидатов. Дальнейшие испытания подтвердили, что 5 из них смогли разобрать ПЭТ, 36 из них ранее не были описаны в научной литературе.
Важно отметить, что некоторые из них расщепляют кристаллический ПЭТ даже лучше, чем аморфный ПЭТ.
«Эти новые ферменты не только генетически разнообразны», — объясняет Гадо. «У них разная структура и разная геометрия активных центров».
Гадо может с уверенностью говорить о структуре 24 новых ферментов, потому что он видел, как они выглядят — по крайней мере, на 3D-рендерингах, предоставленных исследователями из DeepMind, дочерней компании Alphabet. Компания DeepMind, известная тем, что картографировала «всю белковую вселенную», охарактеризовала эти ферменты с помощью своего инструмента глубокого обучения AlphaFold, чтобы команда могла сравнивать ферменты бок о бок и замечать их различия.
Все инструменты способны деконструировать ПЭТ, но есть некоторые, которые выглядят совершенно по-другому. По словам Гадо, изображения DeepMind дают ценную подсказку о том, как деконструктивазы пластика действуют на ПЭТ.
«Современные методы искусственного интеллекта помогают нам находить закономерности в данных о ферментах, что улучшает наше понимание того, что делает хорошие пластиковые ферменты съедобными», — добавил Гадо. «Это позволит нам улучшить ферменты с помощью белковой инженерии и найти в природе другие ферменты, которые действуют аналогичным образом».
Это еще один шаг вперед для и без того плодотворной исследовательской группы и еще один шаг на пути к крупномасштабной переработке ПЭТ.
— 3 —
Дешевле и экологичнее
Анализ количественно определил преимущества ферментативного восстановления ПЭТ.
По словам Бекхэма, очистка, измельчение и нагрев – этапы, необходимые для подготовки к разложению ПЭТ – являются одними из наиболее важных факторов устойчивости для промышленных предприятий по переработке ферментов.
«Сведение к минимуму этих этапов предварительной обработки имеет решающее значение для обеспечения конкурентоспособности затрат на восстановление ферментов по сравнению с производством ПЭТ-смолы из нефти», - объясняет он.
Ученые из Университета NREL и UoP разработали экономичную, экологически чистую ферментативную платформу, которая может быстро расщеплять использованный ПЭТ на идентичные химические строительные блоки, терефталевую кислоту (TPA) и этиленгликоль (EG).
В последующих экспериментах команда заметила, что некоторые ферменты, меченные с помощью метода машинного обучения, одинаково эффективно расщепляют кристаллический и аморфный ПЭТ. Эти ферменты вообще не требуют предварительной обработки, чтобы смягчить связывание пластмасс.
«Без предварительной обработки эта технология позволяет осуществлять переработку ПЭТ в промышленных масштабах, что на самом деле дешевле, чем использование нефти для производства первичного ПЭТ», - добавил он, Бекхэм. «Более того, это может сократить выбросы сопутствующей энергии и парниковых газов».
В более ранней статье, опубликованной в журнале Joule в 2021 году, команда количественно оценила экономические и экологические преимущества использования активных ферментов на кристаллическом ПЭТ. На объектах промышленного масштаба это может снизить спрос на энергию в цепочке поставок на 45% и выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла на 38% по сравнению с системами, использующими предварительную очистку.
Экономические преимущества не менее впечатляющи. Выбрасывая ковры и одежду из ПЭТ, которые невозможно переработать традиционными методами, они также могут производить терефталевую кислоту по цене менее 1 доллара за килограмм. Терефталевая кислота, полученная из нефти, исторически продавалась по цене от 1 до 1,50 доллара за килограмм.
«Наша ферментная платформа создает экономический стимул для очистки наших океанов», — сказала Эрика Эриксон, бывший научный сотрудник NREL, которая провела большую часть экспериментальной работы, лежащей в основе этих исследований. «При таких ценах загрязнения из ПЭТ могут быть по доступной цене переработаны в новые продукты из ПЭТ или найти новое применение в лопастях ветряных турбин или бамперах из углеродного волокна».
Постпотребительские изделия из ПЭТ, которые сегодня часто являются источником загрязнения, можно превратить в ценные ресурсы для поддержки более экологически устойчивой экономики пластмасс.
Нетрудно представить, как это изменит ситуацию с пластиком: затраты на переработку ПЭТ настолько низки, что экономика предпочитает выбрасывать его в мусорную корзину, а не в мусор. Футболка, ковер, бутылка газировки — все сложено и, как строительный блок, начинает свое круговое путешествие по созданию более чистого и зеленого мира.
