Các enzym có thể phân hủy được cao su tổng hợp

Polyisoprene là thành phần chính của cao su tự nhiên và của nhiều loại cao su khác nhau, được sử dụng trong lốp xe hơi.

Cho đến nay, chỉ có thể phân hủy polyisoprene, có thành phần tương tự như cao su tự nhiên. Nghiên cứu của nhóm nhà khoa học, đăng trên trên tạp chí Green Chemistry cung cấp những hiểu biết quan trọng về nền kinh tế vòng tròn của cao su.

Polyisoprene là một phân tử chuỗi dài, hình thành bằng cách liên kết hàng trăm hoặc hàng nghìn phân tử isoprene nhỏ.

Nhà hóa học MLU Vico Adjedje cho biết, nhiều loại vi khuẩn có thể phân hủy polyisoprene tự nhiên với sự trợ giúp của các enzym. Enzym là các phân tử sinh học tạo ra các phản ứng hóa học xảy ra trong tất cả các sinh vật sống, từ các đơn bào đến con người.

Do nhu cầu toàn cầu các sản phẩm cao su lớn vượt mức nguồn dự trữ cao su tự nhiên hiện có thể đáp ứng, nên nguyên liệu ban đầu cho nhu cầu sản phẩm cao su chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học. Những biến thể tự nhiên và tổng hợp có các đặc tính tương tự, nhưng thể hiện một số khác biệt trong cấu trúc các phân tử được tạo thành.

Các nhóm nghiên cứu của GS TS Wolfgang Binder tại MLU và GS. TS Martin Weissenborn tại IPB và MLU đã tìm được phương pháp phân hủy polyisoprene sản xuất nhân tạo bằng cách sử dụng enzym LCPK30.

GS Binder cho biết, nhóm nghiên cứu đã thành công chuyển hóa polyisoprene nhân tạo thành dạng mà enzym cũng có thể phân hủy hiệu quả. Các nhà khoa học giả định, polyisoprene tổng hợp cần phải tồn tại trong dạng nhũ tương để enzym có thể hoạt động bình thường.

Tương tự như chất béo, polyisoprene không hòa tan trong nước. Xuất phát từ loại sữa mủ cao su, các nhà nghiên cứu thành công trong việc phân bổ polyisoprene tổng hợp đồng đều trong nước, sử dụng một dung môi cụ thể. Enzym phù hợp với nhũ tương nhân tạo và còn nguyên vẹn trong thời gian phản ứng phá vỡ các chuỗi phân tử dài của polyisoprene thành các đoạn nhỏ hơn.

Mục tiêu của các nhà nghiên cứu là trong tương lai gần là phân hủy các chất tương tự khác từ lốp xe ô tô. Có rất nhiều sự chuyển hóa được thực hiện với nguyên liệu ban đầu trước khi trở thành lốp xe hoàn thiện, về hóa học, các chuỗi phân tử liên kết chéo với nhau để thay đổi tính chất cơ học.

Chất hóa dẻo và chất chống oxy hóa cũng được thêm vào để tăng độ bền vững của lốp xe. Đặc biệt, những chất này tấn công vào cấu trúc và phá hủy các enzym. 

Những phát hiện mới có thể hình thành công nghệ xử lý các sản phẩm cao su thoái hóa thành hóa chất và hương liệu hoặc tái tạo thành nhựa mới.

Nhóm nghiên cứu sử dụng LCPK30 vì enzym xuất hiện trong tự nhiên. Các nhà khoa học đang tiếp tục tối ưu hóa enzym để LCPK30 không nhạy cảm với dung môi và kích hoạt những phản ứng phân hủy tiếp theo.