Varje människa använder, i genomsnitt, 30 kg plast per år. Med tanke på att den globala förväntade livslängden för närvarande är cirka 70 år, varje person kommer att slänga cirka två ton plast under sin livstid. Multiplicera det med antalet människor på jorden – som växer konstant – och summan är häpnadsväckande.

I ljuset av detta, Francesco Stellacci, professor och chef för Supramolecular Nanomaterials and Interfaces Laboratory vid EPFLs School of Engineering, började fundera på om det fanns ett sätt att lösa problemet med använd plast och återvinna den mer effektivt. Stellacci etablerade ett samarbete med Prof. Sebastian J. Maerkl vid Bioengineering Institute vid EPFL och de beslutade sig för att samråda med en Ph.D. studerande, Simone Giaveri, teamet har publicerat sina slutsatser, baserad på vetenskaplig forskning, i Avancerade material .

Efter att ha granskat de befintliga alternativen för plaståtervinning, ingenjörerna bestämde sig för att tänka ut ett helt nytt tillvägagångssätt. "När vi använder biologiskt nedbrytbar plast, nedbrytningsprocessen lämnar rester som måste lagras eller grävas ner. Ju mer mark som avsätts för detta innebär mindre mark tillgänglig för jordbruk, och det finns miljökonsekvenser att ta hänsyn till eftersom biologisk nedbrytningsprodukt nödvändigtvis förändrar områdets ekosystem, " säger Stellacci. Så hur kan vi komma på en heltäckande lösning på problemet med återvinning av plast? En del av svaret kan mycket väl komma från naturen själv.

Ett pärlhalsband

Proteiner är en av de viktigaste organiska föreningarna som vår värld är gjord av. Som DNA, de utgör en del av familjen av polymerer; proteiner är långa kedjor av molekyler, eller monomerer, kända som aminosyror. "Ett protein är som ett pärlband, där varje pärla är en aminosyra. Varje pärla har en annan färg, och färgsekvensen bestämmer strängstrukturen och följaktligen dess egenskaper. I naturen, proteinkedjor bryts upp i beståndsdelarna aminosyror och celler sätter ihop sådana aminosyror igen för att bilda nya proteiner, det vill säga de skapar nya pärlsträngar med en annan färgsekvens", säger Giaveri.

I labbet, Giaveri försökte initialt replikera denna naturliga cykel, utanför levande organismer. "Vi valde proteiner och delade upp dem i aminosyror. Vi satte sedan in aminosyrorna i ett cellfritt biologiskt system, som samlade aminosyrorna tillbaka till nya proteiner med helt andra strukturer och tillämpningar, " förklarar han. Till exempel, Giaveri och Stellacci förvandlade framgångsrikt silke till ett protein som används inom biomedicinsk teknik. "Viktigt, när du bryter ner och sätter ihop proteiner på detta sätt, kvaliteten på de producerade proteinerna är exakt densamma som hos ett nysyntetiserat protein. Verkligen, du bygger något nytt, " säger Stellacci.

Plast är en polymer, för

Så vad är sambandet mellan proteinmontering och plaståtervinning? Eftersom båda föreningarna är polymerer, de mekanismer som naturligt förekommer i proteiner skulle kunna appliceras på plast också. Även om denna analogi kan låta lovande, Stellacci varnar för att utveckling av sådana metoder inte kommer att ske över en natt. "Det kommer att kräva ett radikalt annorlunda tankesätt. Polymerer är pärlband, men syntetiska polymerer görs mestadels av pärlor som alla har samma färg och när färgen är annorlunda spelar färgsekvensen sällan någon roll. Vidare, vi har inget effektivt sätt att sätta ihop syntetiska polymerer från pärlor i olika färger på ett sätt som styr deras sekvens." Han vill också påpeka, dock, att detta nya synsätt på plaståtervinning verkar vara det enda som verkligen följer postulatet om en cirkulär ekonomi. "I framtiden, hållbarhet kommer att innebära att upcycling drivs till det yttersta, kasta ihop en massa olika föremål och återvinna blandningen för att varje dag producera ett nytt nytt material. Naturen gör redan detta, " avslutar han.