(奧斯汀21日綜合電)美國得克薩斯大學奧斯汀分校的工程師和科學家創造了一種酶變體,可在短短几個小時至幾天內分解通常需要幾個世紀才能降解的塑料。
4月27日發表在《自然》雜誌上的這一發現可能有助於解決世界上最緊迫的環境問題之一:如何處理堆積在垃圾填埋場並汙染我們自然土地和水的數十億噸塑料廢物。
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得州大學奧斯汀分校科克雷爾工程學院和自然科學學院的工程師和科學家使用機器學習模型創建了“吃塑料的酶”,以產生一種名為PETase的天然酶的新突變。
PETase酶可使細菌降解PET塑料(聚對苯二甲酸乙二醇酯),這些塑料通常用於如餅乾容器、汽水瓶以及某些纖維和織物,佔全球垃圾總量的12%。
據研究人員稱,機器學習模型可以預測這些酶中的哪些突變將“實現在低溫下快速降解廢塑料的目標”。
得州大學表示,PETase酶能夠完成一個“循環過程”,該過程包括將塑料分解成更小的部分,然後用化學方法將其重新組合在一起,這一過程也稱為再聚合。
在某些情況下,通過這種酶的“循環過程”,這些塑料可以在短短24小時內被完全分解成單體。
研究人員研究了51種不同的塑料容器、五種聚酯纖維和織物以及由 PET製成的5種不同聚酯纖維、織物和水瓶後,證明了這種酶的有效性,並將其稱為FAST-PET酶,即具有功能性、活性、穩定性和耐受性的PET酶。
可在低於50度環境下降解
FAST-PETase酶可以在低於50攝氏度的溫度下進行降解,這解決了多年來科學家所研究的如何在即方便又實惠的條件下大規模製造酶的問題。這是過去15年以來,酶法回收塑料研究的一大突破。
該校化學工程系教授阿爾珀也說:“除了廢物管理行業外,各行各業也可以帶頭開始回收其產品。這些可持續的酶法讓我們得以開始設想一個真正的循環塑料經濟。”
系統和合成生物學中心教授艾靈頓說:“這項工作充分展示了將不同學科結合起來的力量,從合成生物學到化學工程到人工智能。”他的團隊負責引領機器學習模型的開發。
接下來,該團隊計劃擴大酶的生產規模,為工業和環境應用作準備。清理垃圾填埋場和綠化高廢物產生行業是最明顯的幾種用途。另一關鍵的潛在用途是環境修復。該團隊正在研究如何讓酶清理被汙染場地的方法。
全球4億噸塑料垃圾僅10%回收
根據聯合國環境規劃署(UNEP)的數據,全球每年產生4億噸塑料垃圾。
該大學表示,在全球範圍內,只有不到10%的塑料被回收,並且最常用的方法是將其扔進垃圾填埋場並燃燒。然而,這種方法既昂貴又對環境有害,因為會在空氣中產生有毒氣體。
研究人員目前正在努力擴大這種酶的工業和環境用途,並已為該技術申請了專利,該技術可能用於清理垃圾填埋場和汙染場地。
法國生物技術公司Carbios便從樹葉堆肥中發現一種細菌酶,可以在攝氏70度環境、10小時內降解90%的塑膠瓶。
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