Enzyme mới có thể phá vỡ các phân tử nhựa dẻo nhanh chóng

Các kỹ sư hóa học và nhà khoa học tại Đại học Texas ở Austin đã khám phá ra loại enzyme kỳ diệu này, có thể giải quyết một trong những vấn đề môi trường lớn nhất thế giới, giải quyết hàng tỷ tấn chất thải nhựa chất đống trong các bãi chôn lấp, đang gây ô nhiễm đất và nước tự nhiên với mức độ ngày càng tăng. Khám phá được công bố trên tạp chí Nature ngày 27/4/2022,

Enzyme mới phát minh có tiềm năng thúc đẩy quá trình tái chế nhựa trên quy mô lớn, cho phép các ngành công nghiệp giảm tác động đến môi trường bằng phương pháp thu hồi và tái sử dụng nhựa ở cấp độ phân tử.

Hal Alper, GS thuộc Khoa Kỹ thuật Hóa học McKetta tại Đại học Texas Austin cho biết, khả năng sử dụng quy trình tái chế tiên tiến với enzyme là vô tận trong các ngành công nghiệp.

Ngoài lĩnh vực quản lý chất thải, quy trình này cung cấp cho các tập đoàn trên mọi lĩnh vực cơ hội tái chế các sản phẩm của mình. Sử dụng phương pháp tiếp cận enzyme bền vững này, có thể bắt đầu một nền kinh tế nhựa vòng tròn thực sự.

Dự án nghiên cứu tập trung vào polyethylene terephthalate (PET), một loại polymer quan trọng trong tất cả các loại bao bì tiêu dùng như hộp đựng bánh, chai nước ngọt, bao bì trái cây và salad, các loại sợi và vải dệt. PET hiện đang chiếm 12% tổng lượng rác thải toàn cầu.

Enzyme có thể hoàn thành “quá trình vòng tròn” phá vỡ phân tử nhựa thành những phần nhỏ hơn (khử trùng hợp) và sau đó kết hợp các phần tử nhỏ hơn lại với nhau về hóa học (phản ứng tái trùng hợp). Trong một số trường hợp, những chất dẻo này có thể bị phân hủy hoàn toàn thành các monome chỉ trong vòng 24 giờ.

Các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Đại học Khoa học Tự nhiên Cockrell sử dụng mô hình Máy học để tạo ra những đột biến mới cho một loại enzyme tự nhiên, được gọi là PETase, cho phép vi khuẩn phân hủy nhựa PET. Mô hình Máy học đã dự đoán những đột biến nào trong những enzyme này có thể hoàn thành mục tiêu khử trùng hợp, phân hủy nhanh chóng nhựa phế thải sau tiêu dùng ở nhiệt độ thấp.

Trong quá trình thử nghiệm, sử dụng 51 hộp nhựa sau khi tiêu dùng khác nhau, năm sợi polyester và vải khác nhau, các chai nước sản xuất từ PET, các nhà khoa học đã xác định được tính hiệu quả của loại enzyme, được đặt tên là FAST-PETase (chức năng, hoạt tính cao, ổn định và nhiệt độ thấp - PETase).

Tái chế là phương pháp tốt nhất để giảm rác thải nhựa. Trên toàn cầu, chỉ có dưới hơn 10% tổng số nhựa sản xuất được tái chế. Các quy trình tái chế tốn nhiều năng lượng nhưng các giải pháp sinh học đòi hỏi ít năng lượng hơn.

Nghiên cứu về các enzyme tái chế nhựa được nghiên cứu trong suốt 15 năm qua. Nhưng các nhà khoa học chưa tìm được cách tạo ra các enzyme, hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp, cho phép mở rộng quá trình tái chế ở quy mô công nghiệp lớn. FAST-PETase có thể thực hiện quá trình khử trùng hợp ở nhiệt độ thấp hơn 50 độ C.

Nhóm nhà khoa học đang lên kế hoạch mở rộng quy mô sản xuất enzyme, chuẩn bị cho ứng dụng công nghiệp và môi trường. Các nhà khoa học đã nộp đơn đăng ký bằng sáng chế cho công nghệ mới, đồng thời xem xét khả năng sử dụng trong các mục đích khác nhau. Ứng dụng đầu tiên là làm sạch các bãi rác và khiến các ngành công nghiệp giảm thiểu tiêu hao nguyên vật liệu và trở nên bền vững. Nhóm nghiên cứu đang xem xét một số giải pháp đưa các enzyme ra ngoài thực địa để làm sạch các địa điểm ô nhiễm chất thải nhựa.