Ha megnyomjuk egy futócipő talpát, a rugalmas rész poliuretán habból áll. A gyártás során a habot tartós szerkezetűvé keményítik, így nem lehet egyszerűen megolvasztani és újraformázni. Egy mesterségesen előállított enzimnek köszönhetően viszont sikerült a habanyag egy részét három nap alatt újrafelhasználható vegyi anyagokká bontani.
Európai kutatók, Rosie Graham (Aarhus Egyetem, Dánia) és Pedro Paiva (Portói Egyetem, Portugália) áttörést értek el az egyik legnehezebben újrahasznosítható műanyag, a poliuretán lebontásában. Mindketten az EnZync munkatársai; ez a dániai központ kifejezetten az olvadásnak ellenálló műanyagok lebontására alkalmas enzimek felkutatására jött létre. Habár a kutatás során csak a habanyag 1,4%-át sikerült az enzimekkel újrafelhasználható vegyi anyaggá alakítani, a kutatók mégis mérföldkőnek tekintik az eredményt. A habot ugyanis nem vetették alá semmilyen kémiai előkezelésnek, mielőtt az enzim hatni kezdett volna rajta; a poliuretánnal kapcsolatos korábbi enzimes kísérletek szinte mindegyike éppen ezzel a lépéssel indult.
Mi az poliuretán hab?
A poliuretán két, egymással reakcióba lépő vegyi anyagból keletkezik. A keverék megszilárdul, és a láncok között kialakuló kötődések tartósan megmaradnak. A vegyészek az ilyen típusú műanyagot hőre keményedő műanyagnak nevezik.
Mivel a hagyományos műanyag-újrahasznosítás alapja az olvasztás, a hőre keményedő műanyagok esetében ez a módszer nem alkalmazható; így a legtöbb ilyen anyag hulladéklerakóba vagy -égetőbe kerül.
Márpedig hatalmas mennyiségről van szó: 2022-ben a gyárak körülbelül 22 millió tonna poliuretánt állítottak elő, ami az abban az évben világszerte gyártott összes műanyag mintegy 5%-át tette ki. Az előrejelzések szerint ez a szám 2030-ra elérheti a 31 millió tonnát.
A gyártók ugyanazt az anyagot használják matracok, konyhai szivacsok, épületszigetelések és cipőtalpak készítéséhez.
Enzimek segítségével egyfajta műanyag esetében már megvalósult ez a folyamat. Graham elmondta, hogy a PET – az egyszer használatos italos palackok alapanyaga – esetében már létezik enzimes újrahasznosítási eljárás. Egy 2020-ban a Nature folyóiratban ismertetett, mesterségesen előállított enzim olyan hatékonyan bontotta le a PET-palackokat, hogy azokból újakat lehetett készíteni.
Hulladékban találtak rá az enzimre
A poliuretán esetében nehezebb a helyzet – magyarázta Graham –, mivel az anyag számos különféle építőelemből áll, amelyek olyan térhálós szerkezetbe rendeződnek, amelyhez az enzimek nehezen férnek hozzá. Ezért a kutatócsoport meleg környezetben olyan baktériumokat keresett, amelyek képesek megélni a kidobott műanyagon, majd megvizsgálták az e baktériumok által termelt enzimeket. Graham az Earth.com-nak adott interjújában elmondta, hogy a munka környezeti minták vizsgálatával indult, nem pedig ismert enzimek listájának áttekintésével.
A fehérjék hő hatására elveszítik szerkezetüket (denaturálódnak). Ez az enzim azonban szokatlanul magas hőmérsékletig megőrzi alakját. Éppen ez a tulajdonsága tette lehetővé, hogy felkerüljön a kiválasztottak listájára.
„Azért emelkedett ki a többi közül, mert csak 68 °C környékén kezdett el szétesni” – nyilatkozta Paiva az Earth.com-nak. Mivel már a részletes vizsgálat előtt is képes volt lebontani a poliuretánt, logikus kiindulópontnak bizonyult.
Az enzim kezelés nélküli cipőipari habszivacsot is bontott
A döntő teszthez a csapat hőre keményedő habszivacsot rendelt egy cipőgyártó vállalattól. A levágott darabkák tömege 20–25 milligramm volt, ami nagyjából egy rizsszem súlyának felel meg. Minden egyes darabkát 1 ml vízbe helyeztek 40 °C-on, az enzimmel együtt, és három napig hagyták állni.
A habszivacsot semmilyen előzetes kezelés nem puhította vagy duzzasztotta meg. A módosított változat szabadította fel a legtöbb anyagot – a hab tömegének 1,4%-át – három-hat kezelési ciklus során. Elektronmikroszkóp alatt vizsgálva a kezelt hab felülete érdessé és lyukacsossá vált, szemben a kezeletlen hab sima felületével.
A levált anyag nem egyszerűen hulladék volt. A műanyag apró, ismétlődő egységekből álló hosszú lánc, és éppen ezek az egységek azok az értékes vegyi anyagok, amelyeket a gyárak megvásárolnak.
A hab típusától függően az enzim egy olyan vegyületet – úgynevezett diamint – is felszabadít, amelyet a gyártók a poliuretán elterjedt fajtáinak előállításához használnak. „Ezek a diaminok szintén veszélyesnek számítanak, ezért az újrafelhasználás céljából történő, ellenőrzött folyamat során való visszanyerésük előnyösebb, mint ha hagynánk őket a hulladéklerakókból a környezetbe jutni” – mondta Paiva.
Biztatóak az eredmények, de még messze az ipari haszonosítás
A fennmaradó 98,6% változatlan maradt. Mikroszkóp alatt látszott, hogy a folyamat a felületre korlátozódott, és a hab belső szerkezete a három nap elteltével is érintetlen maradt.
A cipőhab azon típusok közé tartozott, amelyeket ez az enzim viszonylag könnyen tudott bontani. A kutatók úgy tervezték meg az enzimet, hogy az illeszkedjen az adott anyag kémiai tulajdonságaihoz; egy másik típusú poliuretán modelljén az enzim lényegesen rosszabb hatásfokkal működött.
Amikor az Earth.com arról kérdezte, mire lenne szükség egy valódi, használt cipőkből álló halom feldolgozásához, Paiva koncepcióigazoló kísérletnek nevezte a munkát, és három feltételt határozott meg.
„Ahhoz, hogy valódi, használt cipőkből álló halmokat dolgozhassunk fel, az enzimnek gyorsabban kellene működnie, stabilnak és aktívnak kellene maradnia az ipari folyamatok zordabb körülményei között is, valamint elég olcsónak kellene lennie a nagyüzemi előállításhoz” – mondta.
Ott van még maga a hab is. Paiva szerint egyes poliuretánok sokkal ellenállóbbak, mint a vizsgálatban használt típus, ráadásul épp a legellenállóbb fajtákból keletkezik a legtöbb hulladék. A szerzők várakozásai szerint a járható út egy kémiai lépéssel kezdődik, majd enzimes folyamattal zárul.
A kutatók most azt vizsgálják, hogy ezek az enzimek esetleg alkalmasabbak lehetnek más típusú poliuretánok lebontására.
Forrás: Earth.com
