Nog maar 70 jaar geleden produceerden we wereldwijd per jaar zo’n 2 miljoen ton plastic. Inmiddels is dat opgelopen tot maar liefst 380 miljoen ton. En al dat plastic is enorm weerbarstig. Fijn als je een product vaker wil gebruiken, maar een stuk lastiger als je er weer vanaf wil. En dat blijkt ook wel: van al het plastic afval in Europa wordt op dit moment minder dan 30% gerecycled. In de strijd tegen die wereldwijde plastic afvalberg hebben onderzoekers van de University of Texas een plastic etend enzym ontwikkeld dat PET binnen 24 uur kan afbreken. En dat allemaal met dank aan: Ideonella Sakaiensis, een in 2016 ontdekte bacterie.
De wereld van bacteriën en andere micro-organismen
Wist je dat maar liefst 2/3 van al het leven op aarde bestaat uit micro-organismen, zoals schimmels, bacteriën, virussen en beerdiertjes? Zonder die kleine organismen, die we met het blote oog niet eens kunnen zien, zou het leven op aarde niet mogelijk zijn. Micro-algen in de oceanen bijvoorbeeld zorgen voor 50% van de zuurstof die wij inademen. Darmbacteriën helpen ons voedsel verteren en onder andere schimmels zijn in staat dode planten en dieren om te zetten in nieuwe grondstoffen.
De kracht van microben
Deze micro-organismen, ook wel microben, vind je overal, zelfs op de meest onherbergzame plekken ter wereld. Kleine rakkers die enorm veerkrachtig zijn en uitstekend in staat zich aan te passen aan hun omgeving. En, dankzij de enzymen die microben uitscheiden, kunnen ze bijna alles verteren. Niet alleen groente en fruit, maar zelfs metalen, aardolie én…plastic!
PET op het menu
Zo vonden wetenschappers in Ecuador een schimmel, die in het donker en van alleen maar plastic leeft. Deze Pestalotiopsis Microspora is in staat om polyurethaan (PU) om te zetten in organisch materiaal. En ook in Pakistan blijkt een schimmel te leven die korte metten maakt met PU. Maar de ster van dit verhaal is een bacterie die Japanse onderzoekers zes jaar geleden op een vuilnisbelt ontdekten: de Ideonella Sakaiensis. Een micro-organisme dat smult van PET en dit ook nog eens omzet in tereftaalzuur en ethyleenglycol: de bouwstenen van datzelfde plastic! Deze bacterie verteert PET met behulp van het microbiële enzym PETase en doet dat efficiënter dan eerdergenoemde schimmels. Helaas is deze bacterie wel een beetje een ‘picky eater’: ze eet namelijk alsnog vrij traag én alleen bij lage temperaturen.
De microwereld in de strijd tegen al dat plastic
Als het aan de wetenschap ligt, zou het zo maar de toekomst kunnen zijn: bioreactoren met plastic etende enzymen. Een – uiteraard - gecontroleerde omgeving, waarin we plastics kunnen omzetten in grondstoffen, waarmee we weer nieuwe materialen kunnen maken. Een compleet circulair proces, eindeloos te herhalen, zodat we de aarde niet verder hoeven uit te putten. Maar daar zitten wel nog wat haken en ogen aan.
Het mag wel wat efficiënter
Er is van 95 microbiële enzymen bekend dat ze in staat zijn plastic af te breken. Maar bij een uitgebreid Zweeds onderzoek uit 2021 bleek dat er nog eens 30.000 (!) enzymen bestaan die in staat zouden zijn de tien voornaamste plastics, zoals PET, te kunnen afbreken. Het minpunt; de kleine organismen die deze enzymen produceren zijn niet altijd efficiënt en het commercieel inzetten van plastic etende micro-organismen is daarmee nog best ingewikkeld. Sommigen bacteriën zijn bijvoorbeeld niet zo goed in staat het plastic om te zetten in bruikbare grondstoffen, waardoor er micro- of nanoplastics kunnen overblijven. En anderen, zoals Ideonella Sakaiensis, kunnen jaren over één fles doen.
Let’s get FAST!
Tijd voor een sneller en efficiënter enzym, aldus de onderzoekers uit Texas . Met behulp van kunstmatige intelligentie hebben zij nieuwe mutaties van het microbiële enzym PETase gemaakt. Deze mutaties werken optimaal tussen de 30 – 50 graden Celsius en zijn door de onderzoekers FAST-PETase genoemd, oftewel Functional-Active-Stable-and-Tolerant PETase. Een toepasselijke naam! Met dit gemuteerde enzym kan het proces van de-/repolymerizatie van PET in slechts 24 uur plaatsvinden. In de praktijk betekent dat, dat van de 51 PET producten die de onderzoekers getest hebben, alle producten binnen 1 week vergaan waren. Volgens de onderzoekers zou FAST-PETase een goede stap zijn om plastic recycling op grote schaal een enorme boost te geven.
Want plastic recycling kan nog wel wat hulp gebruiken
Op dit moment is mechanische recycling de belangrijkste manier om PET en andere plastics te kunnen hergebruiken. Maar het is niet de heilige graal: de kwaliteit van PET gaat na elke recyclebeurt achteruit, samengestelde plastics kunnen er moeilijk of niet mee gerecycled worden en soms moet alsnog virgin PET toegevoegd worden om de juiste vereiste kwaliteit te krijgen (zoals bij voedselverpakkingen). Ook zijn sommige afvalstromen gewoonweg niet mechanisch te recyclen. Chemische recycling, zoals solvolyse, vergassing, pyrolyse en depolymerisatie, kunnen hierbij helpen. De ontwikkelingen hierin draaien op volle toeren, laat bijvoorbeeld Ioniqa in het Limburgse Geleen zien. Enzymatische recycling, oftewel recyclen met behulp van plastic etende enzymen, valt onder de opkomende technologieën van chemische recycling.
Dít maakt enzymatische recycling zo interessant
Dat de natuur in relatief korte tijd zó kan evolueren, dat ze door ons geproduceerd afval op kan ruimen is natuurlijk al fascinerend. Maar dat is uiteraard niet de (enige) reden. Enzymatische recycling zou het namelijk mogelijk maken om, zonder toevoeging van nieuwe fossiele stoffen, PET te maken met dezelfde kwaliteiten als virgin PET. Ook samengestelde plastics zouden ermee gerecycled kunnen worden én deze vorm van recycling zou ook nog eens tot minder energieverbruik en uitstoot kunnen leiden. En last but not least: het proces is eindeloos te herhalen.
En dus zitten we ook in Europa niet stil
Het Texaanse onderzoek is niet de enige doorbraak op dit gebied. Zo opende het Franse Carbios eind vorig jaar een proeffabriek in Clermont-Ferrand waar ze, met het op schimmelenzymen gebaseerde C-ZYME, polymeren in slechts 10 uur kunnen omzetten in herbruikbare monomeren. Carbios zegt hiermee 100% gerecycled PET zonder kwaliteitsverlies te kunnen maken. En ook het recyclen van synthetisch textiel zou met hun technologie mogelijk zijn. Genoeg reden voor de Europese Investeringsbank om met een riante lening Carbios verder op weg te helpen en de circulaire economie een stapje dichterbij te brengen.
Zijn plastic etende microben de oplossing voor de plastic afvalberg?
Goede vraag. Het toenemende gebruik van plastics is natuurlijk al controversieel. En als we minder zouden produceren, kwalitatieve producten langdurig gebruiken en repareren waar nodig, hoeft er ook minder opgeruimd te worden. Maar: nieuwe technologieën, zoals enzymatische recycling, kunnen wel degelijk helpen bij het circulair maken van onze economie. De grote uitdaging zit hem waarschijnlijk (naast het verder ontwikkelen van de technologieën) in het kostenplaatje. Over het algemeen kost virgin PET zó weinig dat een gerecycled kunststof al gauw duurder is en daarmee minder interessant voor een producent. En dat terwijl de klimaatimpact van kunststoffen, als iedereen zijn best doet, in 2030 gehalveerd zou kunnen zijn. Gelukkig nemen steeds meer bedrijven hun verantwoordelijkheid en wordt er ook op Europees niveau hard gewerkt aan regelgevingen om de CO2-uitstoot, het gebruik van fossiele grondstoffen en de plastic afvalberg te verminderen. Zodat een circulaire toekomst in ieder geval steeds meer binnen handbereik komt.