Enzym “fressen” Plastik auf – Ende der Kunststoffflut?

Plastik widersteht über Jahrhunderte der natürlichen Zersetzung. Jetzt haben texanische Forscher der Natur nachgeholfen. Das von ihnen entwickelte Enzym erledigt die Arbeit in Tagen.

Plastikmüll Neues Enzym zerlegt ihn binnen kurzer Zeit (Hans Braxmeier/Pixabay)

Das Enzym war in der Lage, PET-Kunststoff in einem “zirkulären Prozess” in kleinere Teile zu zerlegen (Depolymerisation) und dann chemisch wieder zusammenzusetzen (Repolymerisation). In einigen Fällen konnten die Kunststoffe in weniger als 24 Stunden in sogenannte Monomere, harmlose, einfache Molekülketten auf Kohlen- und Wasserstoffbasis, abgebaut werden.

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Die Wissenschaftler der University of Texas in Austin hatten 51 verschiedene Kunststoffbehälter, fünf verschiedene Polysterfasern und Stoffe sowie Wasserflaschen aus PET einem Prozess ausgesetzt, den sie FAST-PETase (funktionelle, aktive, stabile und tolerante PETase) nennen. PET ist als Kunststoff in meisten Verbraucherverpackungen wie Keksdosen, Limo-Flaschen, aber auch Obst- und Salatverpackungen zu finden. Es macht 12 Prozent des globalen Abfalls aus.

Die Ingenieure und Forscher setzten bei ihren Untersuchungen ein Modell des maschinellen Lernens ein, um neue Mutationen eines natürlichen Enzyms zu erzeugen. Das Modell sagt voraus, welche Mutationen in diesen Enzymen das Ziel einer schnellen Zerlegung von Kunststoffabfällen bei niedrigen Temperaturen erreichen würden. Das Ergebnis-Enzym nannten sie PETase.

Besser als Deponie oder Chemie

im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren der Behandlung von PET-Müll hat die Technik aus Texas viele Vorteile. Nach wie vor finden weniger als ein Zehntel des gebrauchten Kunstoffs den Weg ins Recycling. Deponierung und Verbrennung hingegen sind aufwendig und umweltschädlich. Und die chemischen Verfahren wie Glykolyse, Pyrolyse oder Methanolyse benötigen viel Energie.

Biologische Lösungen brauchen deutlich weniger Energie. Die Forschung zur biologischen Neutralisierung von Kunststoff ist während der letzten zwei Jahrzehnten zwar erheblich voran gekommen. Doch bislang konnte keiner Enzyme entwickeln, die bei niedrigen Temperaturen so wirksam arbeiten, dass sie industriell unter vertretbaren Kosten eingesetzt werden können. FAST-PETase funktioniert dagegen auch bei weniger als 50 Grad Celsius.

Wirksam bei Zimmertemperatur

Im nächsten Schritt wollen die Forscher die Enzymproduktion so steigern, dass eine Anwendung in industriellen Größenordnungen möglich ist. Denkbar ist mittelfristig auch der Einsatz an vermüllten Standorten. “Wenn man an Anwendungen zur Umweltsanierung denkt, braucht man ein Enzym, das bei Umgebungstemperatur arbeiten kann”, sagt Hal Alper, Professor für Chemieingenieurwesen an der UT Austin. In dieser Hinsicht habe die neue Technologie große Vorteile für die Zukunft.

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