Rozwiązanie biotechnologiczne do recyklingu „bardziej podstępnych” odpadów plastikowych
Na całym świecie powstaje 460 milionów ton plastiku rocznie(odnośnik otworzy się w nowym oknie), z czego tylko 9% jest poddawane recyklingowi, a reszta jest składowana lub spalana. W Europie, gdzie w 2021 r. całkowita ilość wyprodukowanych odpadów tworzyw sztucznych wyniosła 16 milionów ton(odnośnik otworzy się w nowym oknie), współczynniki recyklingu utrzymują się na poziomie około 35%(odnośnik otworzy się w nowym oknie), a większość tworzyw sztucznych jest spalana (42%) w celu uzyskania energii lub składowana (23%). Powoduje to przedostawanie się tworzyw sztucznych do oceanów i przenikanie do łańcuchów pokarmowych. Obecne zakłady recyklingu mechanicznego nie radzą sobie zwłaszcza ze zmieszanymi odpadami z tworzyw sztucznych, materiałami wielowarstwowymi, mieszankami i dodatkami, zamiast tego skupiając się na strumieniach odpadów, które można łatwo posortować i są względnie czyste. Natomiast opracowywane rozwiązania chemiczne wymagają więcej energii, co przekłada się na wyższe emisje CO2. „Mamy do czynienia z pilnym problemem, ponieważ szacuje się, że do 2050 roku produkcja tworzyw sztucznych i ich spalanie może uwalniać rocznie emisje odpowiadające 600 elektrowniom węglowym” — zauważa Cristiano Varrone(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z finansowanego ze środków UE projektu UPLIFT(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Zespół projektu UPLIFT zastosował nowatorskie biochemiczne technologie upcyklingu i ekoprojekty, aby opracować bardziej zrównoważony łańcuch wartości opakowań z tworzyw sztucznych dla przemysłu spożywczego i produkcji napojów. „Nasze unikalne rozwiązanie rozkłada zmieszane odpady z tworzyw sztucznych na monomery, które następnie za pomocą procesów mikrobiologicznych są poddawane upcyklingowi do odnawialnych plastików i dodatków” — opowiada Varrone z instytucji goszczącej, Uniwersytetu w Aalborgu(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Nowoczesna biorafineria dla ekopolimerów
Nowatorski proces depolimeryzacji opracowany w ramach projektu UPLIFT wykorzystuje połączenie zaawansowanej obróbki wstępnej, enzymów, mikroorganizmów i bardziej ekologicznych katalizatorów chemicznych, dzięki czemu może sobie poradzić ze zmieszanymi odpadami plastikowymi, których obecnie nie można prawidłowo poddać recyklingowi. Za pomocą testów zidentyfikowano najlepsze enzymy do rozkładania polimerów poliestrowych na monomery składowe w łagodnych warunkach: niskie temperatury, bez ostrych środków chemicznych. Ten proces depolimeryzacji został udoskonalony dzięki zastosowaniu nowoczesnych i łagodnych katalizatorów chemicznych. Ważnym przełomem dla projektu było zastosowane podejścia biorafinerii tworzyw sztucznych, która łączy monomery pochodzące z plastików z „budulcem” pochodzącym z fermentacji biologicznej. Zmodyfikowane genetycznie mikroorganizmy przeprowadzają upcykling tych pochodzących z tworzyw sztucznych monomerów i innych pozostałości w związki, takie jak polihydroksyalkaniany(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (PHA), do produkcji ekopolimerów, które są bardziej neutralne emisyjnie i łatwiejsze w recyklingu. Po wypróbowaniu depolimeryzacji czystych komercyjnych tworzyw sztucznych, skupiono się na bardziej wymagających pokonsumenckich odpadach tworzyw sztucznych, zawierających butelki, tacki i zmieszane odpady plastikowe z tereftalan_etylenu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (poli(teraftalanu etylenu)). W ramach projektu udało się osiągnąć depolimeryzację enzymatyczną na skalę pilotażową 25 kg rzeczywistych odpadów tworzyw sztucznych, a także produkcję nowych biocząsteczek budulcowych w reaktorze o pojemności 1500 litrów. Zespół projektu UPLIFT przeskalował także swoje najbardziej efektywne procesy, aby wyprodukować 10–20 kg ekopolimerów pochodzących z upcyklingu biologicznego na bazie PHA i polilaktydów(odnośnik otworzy się w nowym oknie) połączonych w nowe materiały opakowaniowe (w tym elastyczne folie, sztywne tacki i butelki). „Pomimo korzyści dla środowiska przyjęcie nowoczesnych ekopolimerów na szeroką skalę pozostaje jednak wyzwaniem. Koszty te są nadal zbyt wysokie, aby było to konkurencyjne dla konwencjonalnych technologii” — dodaje Varrone.
Wspieranie przejścia na bardziej cyrkularną gospodarkę
W latach 2010–2022 ilość odpadów opakowaniowych z tworzyw sztucznych w Europie wzrosła o około 29%(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Tymczasem połowa plastiku zebranego do recyklingu jest eksportowana do krajów spoza UE. Obecnie Chiny ograniczają import odpadów tworzyw sztucznych, prawdopodobnie więcej z nich zostanie spalonych lub skończy na wysypisku, co zagraża ambicjom związanym z unijną gospodarką o obiegu zamkniętym(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Jest to szczególnie niepokojące w obliczu faktu, że tylko w 2019 roku około 22 miliony ton plastiku(odnośnik otworzy się w nowym oknie) trafiło do gleby, rzek i oceanów, a do 2060 roku co najmniej podwoi się ilość emisji i uwalnianego plastiku w cyklu życia tworzyw sztucznych. Innowacje opracowane w ramach projektu UPLIFT mogą pomóc w realizacji ambicji dyrektywy ramowej UE w sprawie odpadów(odnośnik otworzy się w nowym oknie), aby do 2035 r. osiągnąć ponowne wykorzystanie lub recykling na poziomie co najmniej 65% odpadów komunalnych. Po uzyskaniu patentu na chimeryczne enzymy zespół obecnie pracuje nad optymalizacją procesów, aby zmniejszyć koszty upcyklingu i produkcji ekopolimerów.
