Doorbraak in zoektocht naar plastic-etende enzymen

Technologie Een verbeterd enzym om plastic af te breken blijkt prima te werken bij 72 graden, ideaal om PET te reduceren tot korte ketens.

Drijvende PET-flessen, de meest gebruikte frisdrankflessen. Door de lange polymeren van de kunststof is PET moeilijk afbreekbaar.
Drijvende PET-flessen, de meest gebruikte frisdrankflessen. Door de lange polymeren van de kunststof is PET moeilijk afbreekbaar. Foto Getty Images

Wetenschappers uit Frankrijk hebben een enzym uit bacteriën en schimmels zo aangepast dat het een plastic massa van 20 kilogram in tien uur voor 90 procent kan afbreken. Van alle enzymen die kunnen helpen bij het afbreken van PET-plastic en het verwerken van plastic afval, is dit het meest efficiënte. Het onderzoek werd eerder deze maand gepubliceerd in Nature.

Ondanks de grote maatschappelijke inspanning om gebruikt plastic in te zamelen en te recyclen, komt een groot deel nog steeds in de natuur terecht, of het belandt op de vuilstort of het wordt verbrand. Er wordt vaak voor verbranding gekozen, mede omdat polyethyleentereftalaat (PET) – de meest voorkomende soort plastic, waar veel flessen van gemaakt worden – bestaat uit lange ketens van moleculen (polymeren). Die lange ketens zijn moeilijk af te breken in losse moleculen (monomeren) die weer gebruikt zouden kunnen worden om nieuwe plastic voorwerpen te maken.

Er heerst daarom sinds een aantal jaar een ware zoektocht naar schimmels en bacteriën met plastic-etende enzymen. In 2016 werd op het terrein van een Japanse recyclefabriek de bacterie Ideonella sakaiensis gevonden, die plastic afbrak met behulp van het enzym PETase. Twee jaar geleden verbeterden onderzoekers in de Verenigde Staten dit enzym (per ongeluk), maar snel was het niet. Het afbreken van een complete plastic fles zou nog steeds 96 weken duren.

Omdat de afbraakprocessen van de tot nu toe bekende plastic-etende enzymen nog niet efficiënt zijn, wordt geprobeerd om de enzymen te muteren en te verbeteren.

De Franse wetenschappers begonnen hun deze maand gepubliceerde onderzoek met het vergelijken van het afbraakproces van PET door een aantal soorten enzymen waarvan deze werking al eerder was aangetoond. De enzymen verbreken de chemische verbindingen (met behulp van water) in de lange polymeerketens en splitst ze zo op in kortere moleculen (monomeren). Als beste uit de bus kwam het enzym ‘leaf-branch compost cutinase’ (LCC), een enzym dat al in 2012 in een Japanse composthoop was gevonden.

Breken van de keten

De volgende stap was het optimaliseren van dat LCC-enzym. De onderzoekers keken daarvoor naar de aminozuren op de plek waar het enzym contact maakt met de tereftalaatgroep en de ethylene-glycolgroep van PET. De verbinding tussen die twee groepen wordt door het enzym afgebroken. De onderzoekers maakten ruim 200 soorten enzymen door op die plek verschillende aminozuren te plaatsen.

Niet alleen de mate waarin het enzym de chemische verbindingen kan verbreken bleek belangrijk, maar ook de temperatuur waarop dat gebeurt, vertelt Sophie Duquesne, een van de auteurs, aan de telefoon. „Deze reactie moet kunnen plaatsvinden op de temperatuur waarop PET overgaat in een kristalstructuur, rond de 72 graden. Het plastic wordt dan zachter, wat het makkelijker maakt voor het enzym om bij de verbindingen te komen. Maar de meeste enzymen werken alleen goed bij lagere temperaturen.”

Losgelaten in een bioreactor

De vier best presterende enzymen, die ook bestand zijn tegen een temperatuur van 72 graden, werden vervolgens in bulk geproduceerd. In een kleine bioreactor werden ze losgelaten op 20 kilogram fijngemalen PET-afval dat normaal uit het recycleproces wordt gefilterd omdat er geen nieuwe plastic producten van kunnen worden gemaakt. Met ongeveer 3 milligram enzymen per gram PET lukte het de beste enzymvariant zo’n 90 procent PET af te breken in ongeveer tien uur.

Lees ook:Europees plasticpact ontbeert harde afspraken

Bovendien wisten de onderzoekers nieuwe PET-flessen te maken van het afgebroken materiaal. Deze flessen kwamen qua sterkte en andere eigenschappen overeen met nieuw geproduceerde PET-flessen.

„Heel interessant onderzoek”, reageert marien bioloog Helge Niemann, die onderzoek doet naar de microbiële afbraak van plastics. Dat op deze manier PET als bron voor nieuwe producten dient, kan volgens hem mogelijk helpen plastic zwerfvuil te verminderen. „PET heeft normaal bijna geen waarde en dus belandt het in de natuur. Maar dit kan helpen om oude PET-producten in te zamelen.”

Toch blijft het de vraag of het duurder is om te recyclen of nieuwe PET uit olie te maken, zegt Niemann, ook omdat de olieprijs erg kan schommelen. „Sinds een paar weken is de olieprijs bijvoorbeeld weer heel laag. Dus mensen moeten wel bereid zijn iets meer betalen voor een gerecyled PET-fles.