食用聚合物的酶使可生物降解塑料真正實現堆肥
可生物降解塑料被宣傳為解決困擾世界的塑料污染問題的方法之一,但是今天的”可堆肥”的塑料袋、餐具和杯蓋在典型的堆肥過程中不會分解,而且會污染其他可回收塑料,給回收商帶來麻煩。大多數可堆肥塑料主要由被稱為聚乳酸(PLA)的聚酯製成,最終被填埋,其壽命與永久塑料一樣長。
加州大學伯克利分校的科學家們現在發明了一種方法,使這些可堆肥塑料更容易分解,只需加熱和水,在幾週內就能分解,解決了一個令塑料行業和環保人士困惑的問題。加州大學伯克利分校材料科學與工程系和化學系教授Ting Xu說:”人們現在準備轉而使用可生物降解的聚合物來處理一次性塑料,但如果事實證明它造成的問題多於它的價值,那麼政策可能會倒退,現在,我們可以解決一次性塑料無法生物降解的這一持續問題”。Xu是一篇描述該過程的論文的資深作者,該論文將出現在本週的《自然》雜誌上。
理論上,這項新技術應該適用於其他類型的聚酯塑料,也許可以創造出可堆肥的塑料容器,這些容器目前是由聚乙烯製成的,是一種不會降解的聚烯烴。Xu認為,聚烯烴塑料最好被轉化為更高價值的產品,而不是堆肥,他正在研究如何將回收的聚烯烴塑料轉化為再利用。
新工藝涉及在塑料製造過程中嵌入吃聚酯的酶。這些酶受到一種簡單的聚合物包裹的保護,防止酶被解開而變得無用。當暴露在熱和水中時,酶擺脫了它的聚合物包裹,並開始將塑料聚合物分解成其組成部分,在聚乳酸的情況下,將其還原成乳酸,這可以為堆肥中的土壤微生物提供營養。聚合物包裹層也會被降解。
這個過程消除了微塑料,這是許多化學降解過程的副產品,本身就是一種污染物。使用Xu的技術製造的塑料高達98%會降解成小分子。該研究的共同作者之一,前加州大學伯克利分校的博士生Aaron Hall,已經成立了一家公司,進一步開發這些生物可降解塑料。
塑料被設計成在正常使用過程中不會被分解,但這也意味著它們在被丟棄後不會被分解。最耐用的塑料有一個幾乎像水晶一樣的分子結構,聚合物纖維排列得非常緊密,水無法穿透它們,更不用說可能咬碎聚合物的微生物了,而聚合物是有機分子。
脂肪酶(綠球)等酶可以從表面降解塑料聚合物。但它們會隨意切斷聚合物鏈,留下微塑料。加州大學伯克利分校的一個小組將酶嵌入整個塑料中,由納米簇保護。嵌入的酶被固定在聚合物鏈的末端附近,在適當的熱量和水分條件下,從末端降解聚合物分子。這種技術在使用過程中保留了塑料的完整性,但是,當用戶觸發解聚時,塑料會一直變成可回收的小分子副產品。