2023 年 11 月 17日

 

研究人員開發了一種分解傳統塑膠和生物基塑膠混合物的工藝，這些塑膠最終被送往回收中心

 

重點

• 這種生物驅動的過程不需要花哨的設備，並產生可生物降解塑膠替代品的分子，可以製成新的商品。
• 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產其他有價值的產品，從而開闢一個以廢物為原料的生物製造的新領域。

 

聚乳酸 (PLA) 等生物基塑膠的發明是為了幫助解決塑膠廢棄物危機，但它們最終往往使廢棄物管理更具挑戰性。由於這些材料的外觀和感覺與傳統的石油基塑膠非常相似，因此許多產品最終不會進入堆肥機，按照設計分解，而是被善意的消費者添加到回收流中。在那裡，產品被粉碎並與可回收塑膠一起熔化，從而降低了混合物的質量，並使得用回收塑膠樹脂製造功能性產品變得更加困難。目前唯一的解決方案是嘗試在回收設施中分離不同的塑膠。然而，即使使用最高端的自動化分選工具，一些生物基塑膠最終也會污染分選的流。

勞倫斯伯克利國家實驗室 (Berkeley Lab) 和聯合生物能源研究所 (JBEI) 的科學家正在與 X （Google 母公司 Alphabet 領導的登月孵化器）合作，不僅可以跳過有問題的分離步驟，還可以使最終產品變得更好為了地球。 

該團隊發明了一種簡單的「一鍋」工藝，使用天然鹽溶液和專門的微生物來分解石油基和生物基塑膠的混合物。在一個桶中，鹽充當催化劑，將材料從聚合物（粘合在一起的重複分子的大結構）分解成稱為單體的單個分子，然後微生物將其發酵成可製造的新型可生物降解聚合物轉化為生鮮商品。今天發表的一篇「同一個地球」論文描述了這個過程。

「這有點諷刺，因為使用生物基塑膠的目的是為了更永續，但它引發了問題，」第一作者、高級生物燃料和生物產品製程開發部門(ABPDU) 的高級科學工程助理Chang Dou 說。伯克利實驗室。竇最近被美國化學工程師學會評選為 35 位 35 歲以下傑出人物之一。「我們的專案試圖解決分離問題，讓你不必擔心是否混合了回收箱。你可以把所有塑料放在一個桶子裡。” 

除了簡化回收之外，團隊的方法還可以使用與愉快地咀嚼塑膠單體的相同細菌來生物基製造其他有價值的產品。想像一下這樣一個世界：可以用塑膠廢物製造生物燃料甚至藥物——其中垃圾掩埋場中約有 83 億噸塑膠廢料。  

「關於我們是否可以使用廢塑膠作為生物製造的碳源，存在著公開的討論。這是一個非常先進的想法。但我們證明，利用廢塑料，我們可以餵養微生物。有了更多的基因工程工具，微生物可能能夠同時在多種類型的塑膠上生長。我們預見到繼續這項研究的潛力，我們可以用經過加工的難以回收的混合塑料來取代糖（微生物的傳統碳源），這些塑料可以通過發酵轉化為有價值的產品，」加州大學伯克利分校博士後王子龍 說JBEI 研究員。 

伯克利實驗室科學家的下一步是用其他有機鹽催化劑進行實驗，試圖找到一種既能高效分解聚合物又能多次重複使用以降低成本的催化劑。他們還模擬了該過程如何在現實世界的大規模回收設施中發揮作用。 

在他們最近的論文中，科學家們展示了他們的方法在實驗室小規模實驗中的潛力，其中包括聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）——最常見的石油基塑料，用於水瓶等物品並紡成聚酯纖維－和PLA的混合物，最常見的生物基塑膠。 

他們使用了 JBEI 同事先前開發的氨基酸鹽催化劑和橡樹嶺國家實驗室科學家設計的惡臭假單胞菌菌株。這種組合成功分解了 95% 的 PET/PLA 混合物，並將分子轉化為一種聚羥基脂肪酸酯 (PHA) 聚合物。PHA 是一類新型可生物降解塑膠替代品，與石油基塑膠不同，它可以在各種自然環境中有效分解。

團隊成員 Hemant Choudhary 指出，雖然他們的化學回收工藝目前僅適用於被可生物降解的 PLA 污染的 PET 塑料，但它仍然有益於實際回收設施中遇到的各種塑料流。「它可以與現有的塑膠來源完全整合，」在 JBEI 工作的桑迪亞國家實驗室科學家 Choudhary 說。他解釋說，大多數商業產品不僅僅是一種塑料，而是幾種不同種類的組合。例如，抓絨外套由 PET 聚酯與聚烯烴或聚醯胺製成。「我們可以將其放入一鍋製程中，輕鬆加工混合物中的聚酯成分，並將其轉化為生物塑膠。這些單體可溶於水，但剩下的部分，聚烯烴或聚醯胺則不溶於水。” 喬杜里說，可以透過簡單的過濾輕鬆去除剩餘物，然後將其送到傳統的機械回收過程，其中材料被切碎和熔化。 

「化學回收一直是一個熱門話題，但很難在商業規模上實現，因為所有的分離步驟都非常昂貴，」ABPDU 的科學家、該項目的主要作者和首席研究員 Ning Sun 說。 。「但透過在水中使用生物相容性催化劑，微生物可以直接轉化解聚的塑料，無需額外的分離步驟。這些結果非常令人興奮，儘管我們承認仍需要進行許多改進才能實現所開發流程的經濟可行性。」

合著者Nawa R. Baral 和Corinne Scown 是JBEI 和伯克利實驗室生物科學領域的技術經濟分析專家，他們還證明，一旦使用可重複使用的鹽溶液進行優化，該過程可以將PHA 的成本和碳足跡降低62% 和29分別與當今的商業 PHA 生產相比。

JBEI 是能源部 (DOE) 生物能源研究中心，由柏克萊實驗室管理。ABPDU 是一個由美國能源部生物能源技術辦公室支持的協作機構。

 

[圖片]

(B) 一張圖表展示了科學家簡化的一鍋法過程。