楠木軒

有了它,塑料 24 小時就能降解

由 忻素芹 發佈於 科技

從二十世紀開始出現的各式塑料製品,給我們的生活提供了不少便利,但也因為難降解等特性,給我們身處的環境造成了巨大的負擔。

佔全球所有廢物的 12% 的 PET 塑料(學名聚對苯二甲酸乙二醇酯),就需要上百年的時間才能自然降解,如今的微塑料污染更是已經侵入人體,解決塑料污染已經迫在眉睫。

▲圖片來自:Unsplash

於是,多年來人們一直在想辦法「消滅」這些廢棄的塑料製品。雖然回收利用是減少塑料垃圾最明顯的方式,但全球只有不到 10% 的塑料能被回收,其他的廢塑料不是被扔進填埋場,就是被燃燒。不但成本高,耗能大,還會產生有毒氣體。

▲ 圖片來自:Flo-Bro

在熱解、利用甲醇等多種嘗試中,科學家發現了一個有效的方法——利用酶來分解廢塑料。幾年前日本的研究人員就發現一種會「吃」塑料的細菌,在酶的作用可以在幾周內分解 PET 塑料。

之後,英國朴茨茅斯大學(University of Portsmouth)的研究人員設計出一種性能更強的酶——「PETase」,並將它與另一種名為「MHETase」的酶結合形成一種「超級酶」,能夠以六倍的速度「吃掉」PET 塑料。

▲ 圖片來自:New Atlas

不久前,這種「吃」塑料的酶又變得更強了。德克薩斯大學的一個團隊對「PETase」酶的一些缺點進行了改進,比如它無法在低温和不同的 pH 範圍內正常運行、直接處理未經處理的塑料廢物缺乏有效性以及反應速度慢等等。

▲ 圖片來自:cnBeta

為了讓「PETase」酶變得更強,研究人員開發了一種機器學習模型,這個模型可以預測酶中的哪些突變可以消除這些阻礙,比如在低温下如何快速解聚那些消費後留下的廢塑料。

藉助機器學習的預測和研究,研究人員設計了一種功能、活性、穩定性和耐受性都更出色的酶,稱為「FAST-PETase」。

▲ 圖片來自:UTNEWS

測試中,「FAST-PETase」酶在一週內幾乎完全降解了 51 種不同的消費產生的塑料容器、5 種不同的聚酯纖維和織物以及 PET 製成的水瓶。在某些實驗中,它甚至可以在短短 24 小時內就可以將塑料分解。

通過測試,研究人員已經地驗證了它的有效性。更重要的是,「FAST-PETase」酶不僅分解速度更快,還可以在低於 50 攝氏度的温度下發揮作用,這也就意味着它能得到更廣泛的應用。

▲ 圖片來自:UTNEWS

接下來,這個團隊計劃擴大酶的生產規模,為工業和環境應用做準備。研究人員已經為這項技術提交了專利申請,並計劃了幾種不同的用途,比如清理垃圾填埋場;也在研究多種將酶帶入田間以清理污染場地的方法,計劃把它用於環境修復。

▲ 圖片來自:UTNEWS

廢塑料給我們造成的影響已經太多也太久了,「FAST-PETase」酶的出現,是合成生物學、化學工程和人工智能等多種學科共同的智慧成果,也是處理塑料污染的可行之道。希望藉助它的力量,能讓塑料製品帶來的污染能在我們的環境中漸漸消失。