Plastflaskor, punnets, wrap—lättviktsförpackningar av PET-plast blir ett problem om det inte återvinns. Forskare vid Leipzigs universitet har nu upptäckt ett mycket effektivt enzym som bryter ned PET på rekordtid. Enzymet PHL7, som forskarna hittade i en komposthög i Leipzig, skulle kunna göra biologisk PET-återvinning möjlig mycket snabbare än man tidigare trott. Resultaten har nu publicerats i den vetenskapliga tidskriften ChemSusChem och valts som omslagsämne.

Ett sätt på vilket enzymer används i naturen är av bakterier att bryta ner växtdelar. Det har varit känt sedan en tid tillbaka att vissa enzymer, så kallade polyesterklyvande hydrolaser, även kan bryta ner PET. Till exempel anses enzymet LCC, som upptäcktes i Japan 2012, vara en särskilt effektiv "plastätare". Teamet som leds av Dr. Christian Sonnendecker, en tidig karriärforskare från Leipzigs universitet, söker efter tidigare oupptäckta exempel på dessa biologiska hjälpare som en del av de EU-finansierade projekten MIPLACE och ENZYCLE. De hittade vad de letade efter på Südfriedhof, en kyrkogård i Leipzig:i ett prov från en komposthög hittade forskarna ritningen av ett enzym som bröt ner PET i rekordfart i laboratoriet.

Forskarna från Institutet för analytisk kemi hittade och studerade sju olika enzymer. Den sjunde kandidaten, kallad PHL7, uppnådde resultat i labbet som var betydligt över genomsnittet. I experimenten lade forskarna PET till behållare med en vattenlösning innehållande antingen PHL7 eller LCC, den tidigare ledaren inom PET-nedbrytning. Sedan mätte de mängden plast som bröts ned under en given tidsperiod och jämförde värdena med varandra.

Resultatet:inom 16 timmar fick PHL7 PET att sönderdelas med 90 procent; samtidigt klarade LCC en degradering på bara 45 procent. "Så vårt enzym är dubbelt så aktivt som guldstandarden bland polyesterklyvande hydrolaser," förklarar Sonnendecker. Till exempel bröt PHL7 sönder en plastputs - den typ som används för att sälja druvor i stormarknader - på mindre än 24 timmar. Forskarna fann att en enda byggsten i enzymet är ansvarig för denna aktivitet över genomsnittet. På platsen där andra tidigare kända polyesterklyvande hydrolaser innehåller en fenylalaninrest, bär PHL7 en leucin.

Biologisk PET-återvinning har vissa fördelar jämfört med konventionella återvinningsmetoder, som i första hand bygger på termiska processer där plastavfallet smälts ner vid höga temperaturer. Dessa processer är mycket energikrävande och kvaliteten på plasten minskar för varje återvinningscykel. Enzymer, å andra sidan, kräver bara en vattenhaltig miljö och en temperatur på 65 till 70 grader Celsius för sitt arbete. Ett annat plus är det faktum att de bryter ner PET till dess komponenter tereftalsyra och etylenglykol, som sedan kan återanvändas för att producera ny PET – vilket resulterar i en sluten cykel. Än så länge har dock biologisk PET-återvinning endast testats av en pilotanläggning i Frankrike.

"Enzymet som upptäcktes i Leipzig kan ge ett viktigt bidrag till att etablera alternativa energibesparande plaståtervinningsprocesser", säger professor Wolfgang Zimmermann, som spelade en nyckelroll i etableringen av forskningsaktivitet om enzymbaserade teknologier vid Leipzigs universitet. "På grund av de enorma problem som orsakas av den globala belastningen av plastavfall på miljön, blir det allt viktigare att hitta miljövänliga metoder för att återanvända plast i en hållbar cirkulär ekonomi. Den biokatalysator som nu utvecklats i Leipzig har visat sig vara mycket effektiv i snabb nedbrytning av använda PET-livsmedelsförpackningar och lämpar sig för användning i en miljövänlig återvinningsprocess där ny plast kan framställas av nedbrytningsprodukterna."

Forskarna från Leipzig hoppas att det nyupptäckta enzymet PHL7 kan främja biologisk återvinning i praktiken och letar efter industriella partners för detta ändamål. De är övertygade om att den högre hastigheten avsevärt kommer att minska återvinningskostnaderna. Under de kommande två till tre åren siktar de på att skapa en prototyp som gör det möjligt att mer exakt kvantifiera de ekonomiska fördelarna med deras snabba biologiska återvinningsprocess.

Forskarna i professor Jörg Matysiks team vid Institutet för analytisk kemi vill också belysa enzymernas struktur och funktion med hjälp av NMR-spektroskopi. De arbetar också med en ny förbehandlingsmetod för att lösa ett problem inom biologisk återvinning:PET-nedbrytning av enzymer har hittills bara fungerat för så kallad amorf PET, som används i bland annat fruktförpackningar, men inte för plastflaskor gjorda av PET med högre kristallinitet. + Utforska vidare

Plastätande enzym kan eliminera miljarder ton deponiavfall