Już za kilka lat kluczowym składnikiem waniliowej latte może być plastik. A właściwie post-plastik. Naukowcy z Uniwersytetu Edynburskiego opracowali metodę wytwarzania waniliny z politereftalanu etylenu (PET) za pomocą zmodyfikowanych genetycznie bakterii. Zresztą bakterie rozkładające plastik są marzeniem wielu innych zespołów badawczych.
Mikroby, które dokonują wspaniałego dzieła upcyklingu, przetwarzając polimery na aromat waniliowy. Jest to zupełnie nowy „wynalazek”, efekt pracy naukowców z Uniwersytetu Edynburskiego.
Badacze posłużyli się pałeczkami okrężnicy (E. coli) – drobnoustrojami zamieszkującymi m.in. ludzkie jelito grube, powszechnie spotykanymi również w glebie i wodzie. Bakterie poddane modyfikacji genetycznej były w stanie przetworzyć kwas tereftalowy, główny składnik PET, na wanilinę ze sprawnością na poziomie 79 proc. To wartość aż o 157 razy większa niż wskaźnik konwersji, jaki uczeni uzyskali na początkowym etapie eksperymentu.
– To pierwszy przypadek wykorzystania układu biologicznego do upcyclingu plastikowych odpadów w celu uzyskania wartościowego związku chemicznego o zastosowaniu przemysłowym. Wyniki naszej pracy mają bardzo ciekawe następstwa dla gospodarki o obiegu zamkniętym. Pokazują bowiem, że biologia syntetyczna może dostarczać skutecznych rozwiązań dla problemów, z którymi boryka się współczesny świat – komentuje Joanna Sadler, główna autorka badania.
Bakteryjny upcycling to duże korzyści dla środowiska
Dla przypomnienia: upcycling to taka forma przetwarzania odpadów, w efekcie której powstają produkty o wartości wyższej niż surowiec wyjściowy. Odwrotnym przypadkiem jest downcycling, gdy z przetworzonego odpadu powstaje produkt o mniejszej wartości. Z kolei w efekcie „standardowego” recyclingu powstaje nowa wersja tego samego tworzywa.
W przypadku waniliny sytuacja jest jednoznaczna. To związek będący kluczowym składnikiem zapachowym wanilii. Jest szeroko stosowany w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym i chemicznym, m.in. do produkcji detergentów i herbicydów. Globalne zapotrzebowanie na tę substancję rośnie od lat, a w 2018 r. wynosiło 37 tys. ton. To zdecydowanie więcej niż można pozyskać z naturalnego surowca.
85 proc. waniliny na świecie wytwarzana jest w procesie syntezy z wykorzystaniem substancji pochodzących z paliw kopalnych. Dla środowiska szczególnie szkodliwe jest wyodrębnianie waniliny z ługów powstających podczas produkcji papieru. Proces ten generuje trudne do utylizacji ścieki posulfitowe. Zaprzęgnięcie mikroorganizmów do wytwarzania waniliny z plastiku na szeroką skalę byłoby więc rozwiązaniem podwójnie korzystnym.
Naukowcy z Edynburga są przekonani, że w toku dalszych badań będą w stanie zwiększyć stopień konwersji, czyli ilość waniliny uzyskiwanej z określonej masy PET. Zamierzają też pracować nad przyspieszeniem całego procesu, by zwiększyć tempo upcyclingu plastiku. Co więcej, w planach jest wytwarzanie również innych substancji zapachowych z kwasu tereftalowego. Gdyby proces udało się rozszerzyć na kolejne związki o wartości przemysłowej, być może za kilka, kilkanaście lat plastik stałby się… cennym surowcem.
Każdego roku na świecie powstaje 50 milionów ton odpadów PET
W obecnych okolicznościach taka wizja brzmi oczywiście fantastycznie. Szacuje się, że każdego roku na świecie powstaje 50 milionów ton odpadów PET. Butelki z politereftalanu etylenu to druga po foliówkach najbardziej rozpowszechniona odmiana plastiku zanieczyszczającego morza i oceany. Od połowy zeszłego stulecia wyprodukowaliśmy 9,2 miliarda ton tworzyw sztucznych. 6,9 miliarda z nich trafiło na wysypiska. Oczywiście nie wszystkie kraje w równym stopniu przyczyniają się do zanieczyszczeń. Według wyliczeń organizacji pozarządowej Oceans Conservacy najwięcej plastiku do oceanów wprowadzają Chiny, Indonezja, Filipiny i Tajlandia. Kraje Zachodu również nie należą do świętych, ale znacznie lepiej radzą sobie z przetwarzaniem odpadów.
Plastiku jednak przybywa, a nawet najsurowsze przepisy, nie są w stanie rozwiązać problemu. Tym bardziej, że mikro- i nanocząsteczki pochodzące z butelek i foliówek wykrywane są w najdalszych zakątkach ziemi. Ich obecność stwierdzono w rdzeniach lodowych wydobytych w Arktyce, a nawet w deszczu nad Górami Skalistymi. Rozbrojenie plastikowej bomby – poza odpowiednią polityką i rozwijaniem świadomości ekologicznej konsumentów – wymaga również sprawnego przekuwania odkryć naukowych na technologiczną praktykę.
Czy bakterie i grzyby uratują ludzkość przed plastikową apokalipsą?
Eksperymenty i badania z ostatnich lat pokazują, że potencjał jest spory. W 2016 r. na jednym z japońskich wysypisk śmieci odkryto bakterie rozkładające plastik (nazwane później Ideonella sakaiensis 201-F6). Uczeni zmodyfikowali pozyskany z mikrobów enzym, odpowiedzialny za hydrolizę PET, a po dwóch latach stworzyli na jego bazie superenzym, który radzi sobie z problemem sześć razy szybciej niż pierwotny wariant.
W kwietniu 2020 r. francuska firma Carbios ogłosiła, że udało jej się stworzyć enzym pochodzenia bakteryjnego, który rozkłada plastikowe butelki w ciągu kilku godzin. Pod wpływem jego działania powstają chemiczne „cegiełki”, z których można ponownie wytworzyć wysokiej jakości plastik nadający się do produkcji nowych butelek. Istniejące technologie recyclingowe pozwalają na odzyskanie plastiku w formie zdatnej co najwyżej do produkcji ubrań i dywanów. Carbios zadeklarował, że będzie w stanie wykorzystać swoją technologię do recyklingu na skalę przemysłową w ciągu pięciu lat. Sukces przedsięwzięcia ma zagwarantować współpraca, jaką firma nawiązała z kilkoma dużymi koncernami, w tym Pepsi i L’Oréal.
Podobnych doniesień jest więcej. W 2017 r. na jednym z wysypisk w Islamabadzie, stolicy Pakistanu, odkryto grzyba, który „pożera” plastik. Student biologii w Reed College w Oregonie w tym samym roku przeanalizował próbki pobrane na terenie pobliskiego odwiertu naftowego i wykrył w nich obecność plastikożernych bakterii. W marcu 2020 r. nauka zrobiła kolejny krok, aby zlikwidować plastik, gdy niemieccy naukowcy zidentyfikowali szczep bakterii rozkładające poliuretan.
Pytanie brzmi: kiedy te fenomenalne odkrycia uda się zastosować w praktyce na masową skalę?
Zdjęcie: New Africa/Shui
