結束塑膠分離焦慮

主要要點：

• 這一生物學驅動的過程不需要複雜的設備，並能產生可用於新商品產品的生物可降解塑膠替代品分子。

• 初步測試顯示，該過程可以成功應用於現實世界的塑膠流。

• 未來，用於轉化塑膠中間體的微生物還可以生成其他有價值的產品，開啟一個以廢物為原料的新生物製造領域。

生物基塑膠如聚乳酸（PLA）的發明旨在幫助解決塑膠廢物危機，但這些材料常常使廢物管理變得更加複雜。因為這些材料與傳統的石油基塑膠在外觀和觸感上十分相似，許多產品最終未能進入設計上應該分解的堆肥廠，而是由善意的消費者放入回收流。在那裡，這些產品會與可回收塑膠一起被切碎和融化，降低了混合物的質量，並使製造出功能性回收塑膠樹脂的過程變得更加困難。目前唯一的解決方案是試圖在回收設施分離不同的塑膠。即便是最先進的自動化分揀工具，某些生物基塑膠也會污染排序的流。

美國洛倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）和聯合生物能源研究所（JBEI）的科學家們與Alphabet旗下、負責月球任務的孵化器X合作，不僅要跳過棘手的分離步驟，還要使最終產品對地球更加友好。

該團隊發明了一種簡單的“一鍋”過程，利用天然來源的鹽溶液配合專門的微生物，來分解石油基塑膠和生物基塑膠的混合物。在一個鍋中，鹽作為催化劑，將材料從聚合物（由重覆的分子鍵結而成的大結構）分解為稱為單體的單個分子，然後微生物將這些單體發酵成一種新型的生物可降解聚合物，這種聚合物可用於製造新商品。這一過程在今天發表的《一個地球》期刊中有介紹。

“這有點諷刺，因為使用生物基塑膠的目的是為了更可持續，但它也造成了問題，”文章的第一作者Chang Dou表示，他是Berkeley Lab高級生物燃料和生物產品工藝開發單位（ABPDU）的科學工程助理。Dou最近被評為美國化學工程師協會35位35歲以下優秀人才之一。“我們的項目旨在解決分離問題，讓您不必擔心是否混合回收箱中的物品。您可以把所有塑膠放在一個桶裡。”

除了簡化回收外，該團隊的方法還可能促進使用同樣的細菌生產其他有價值產品的生物基製造。想像一個能夠從塑膠廢物中製造生物燃料甚至藥品的世界——目前，約有83億噸塑膠垃圾堆積在填埋場中。

“當前討論的是我們是否可以利用廢塑膠作為生物製造的碳源。這是一個非常先進的想法。但我們證明了使用廢塑膠可以給微生物提供養分。隨著更多基因工程工具的出現，微生物可能能夠同時在多種塑膠上生長。我們預見有潛力繼續這項研究，把傳統的微生物碳源——糖，用處理過的難以回收混合塑膠替代，這些塑膠可以通過發酵轉化為有價值的產品。” UC Berkeley的博士後研究員Zilong Wang表示，他在JBEI工作。

伯克利實驗室的科學家們下一步將實驗其他有機鹽催化劑，以尋找一種能夠有效分解聚合物且可在多次批次中重複使用以降低成本的催化劑。他們還在模型模擬如何在現實回收設施的大規模運作中進行這一過程。

在他們最近的一篇論文中，科學家們展示了在實驗室小規模實驗中應用他們的方法的潛力，這些實驗中混合了聚對苯二酸乙二醇酯（PET）——最常見的石油基塑膠，用於水瓶等產品並紡織成聚酯纖維——和聚乳酸（PLA），這是最常見的生物基塑膠。

他們使用了一種之前由JBEI的同事開發的基於氨基酸的鹽催化劑，還有一種由橡樹嶺國家實驗室的科學家們改良的假單胞菌（Pseudomonas putida）菌株。這一組合成功分解了95%的PET/PLA混合物，並將分子轉化為一種聚羥基烷酸酯（PHA）聚合物。PHA是一類新型生物可降解塑膠替代品，設計上可在多種自然環境中高效分解，與石油基塑膠不同。

團隊成員Hemant Choudhary指出，儘管他們的化學回收過程目前僅證明能處理受生物可降解PLA污染的PET塑膠，但對於現實回收設施中遇到的多樣塑膠流仍然具有益處。“它可以與現有的塑膠來源完全整合，”Choudhary表示，他是Sandia國家實驗室的專職科學家，並在JBEI工作。大多數商業產品不是單一種類的塑膠，而是幾種不同種類的組合，他解釋說。例如，抓絨外套是用PET基的聚酯與聚烯烴或聚酰胺製成的。“我們可以將其放入我們的一鍋過程中，輕鬆地從混合物中處理聚酯成分並轉化為生物塑膠。這些單體在水中可溶，但剩餘的部分，即聚烯烴或聚酰胺則不是。”Choudhary表示，剩餘物可以通過簡單的過濾輕鬆去除，然後送往傳統的機械回收過程進行撕碎和熔融。

“化學回收一直是一個熱門話題，但在商業規模上實現這一點非常困難，因為所有分離步驟的成本都很高，”ABPDU的專職科學家、該項目的首席作者和主要研究者Ning Sun表示。“但通過使用水中生物相容的催化劑，微生物可以直接轉化去聚合的塑膠，而不需要額外的分離步驟。這些結果非常令人振奮，儘管我們承認，為實現該過程的經濟可行性仍需改進的地方很多。”

共同作者Nawa R. Baral和Corinne Scown是JBEI和Berkeley Lab生物科學區的技術經濟分析專家，他們也展示了經過重用鹽溶液優化後，該過程可以將PHA的成本和碳足跡分別降低62%和29%，相較於當前的商業PHA生產。

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📢 部分資料參考自美國能源部與美國NSO團隊—立即聯繫我們！

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