科学者は化学と生物学を組み合わせて混合プラスチックをリサイクルする

Apr 01, 2023

化学酸化に関する数十年にわたる研究に基づいた化学的および生物学的プロセスをタンデムに使用して、さまざまな種類のプラスチックを分解できます。 | パワーアップ/シャッターストック

研究者らは、混合ポリマープラスチックを単一の化学製品に変える方法を開発しました。これにより、リサイクル前にプラスチックを種類ごとに分別する必要がなくなる可能性があります。

NRELのプレスリリースには、「化学的プロセスと生物学的プロセスの組み合わせは、混合プラスチック廃棄物の価値を高めるための有望な新しい戦略である」と記載されている。

このプロジェクトは、埋め立て地から熱可塑性プラスチックを排除するためのバイオ最適化技術と環境 (BOTTLE) コンソーシアムと米国エネルギー省の国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) によるものです。

NRELの上級研究員でBOTTLE責任者のグレッグ・ベッカム氏はプレスリリースの中で、この研究は「今日ではまったくリサイクルできないプラスチックの加工への潜在的な入り口となる」と述べた。

この手順は、化学酸化に関する数十年にわたる研究に基づいた化学的および生物学的プロセスをタンデムに行うもので、さまざまな種類のプラスチックを分解するために使用できます。 この研究ではPET、PS、HDPEでテストしましたが、PPやPVCにも使用できる可能性があると研究者らは述べています。 研究チームはこれらの材料についてさらなる研究を行う予定だ。

この研究は、ベッカム氏を主著者としてサイエンス誌に掲載された。 共著者は、NREL の研究者と、マサチューセッツ工科大学、オークリッジ国立研究所、ウィスコンシン大学マディソン校の BOTTLE チームのメンバーでした。

NRELの博士研究員で論文の共著者であるケビン・サリバン氏は、このプロセスでは大きなポリマー分子を分解するために酸素と触媒が使用されると述べた。

「私たちが使用した化学触媒プロセスは、自然に起こるプロセスを加速する方法にすぎません。したがって、これらのプラスチックは数百年かけて分解するのではなく、数時間または数分で分解できます」とサリバン氏は語った。

プレスリリースには、酸化により PS、PET、HDPE が「安息香酸、テレフタル酸、ジカルボン酸を含む化合物の複雑な混合物」に変わり、純粋な製品を得るには高度でコストのかかる分離が必要になると述べられていますが、BOTTLE チームは近道をするための生物学。

研究者らは、中間体の混合物を生分解性バイオプラスチックの一種であるポリヒドロキシアルカノエート（PHA）、またはナイロン材料の製造に使用できるベータケトアジピン酸のいずれかに「注ぎ込む」ために、シュードモナス・プチダと呼ばれる土壌微生物を操作した。

この研究のもう一人の共著者であるアリソン・ワーナー氏は、生物学的漏斗形成は微生物の代謝ネットワークを操作して「多数の基質から炭素を単一の生成物に導く」ことから成ると述べた。

「これを行うために、私たちは自然からDNA（通常は他の微生物）を取り出し、それをシュードモナス・プチダのゲノムに貼り付けます」とウェルナー氏は語った。 「DNAはRNAに転写され、さらにRNAがタンパク質に翻訳され、さまざまな生化学的変換が行われ、新しい代謝ネットワークが形成され、最終的にはより多くの炭素を捕捉して炭素の行き先を調整できるようになります。」

以前、科学者たちは植物の細胞壁からの化学混合物の価値を評価するために同じ微生物を使用しました。 ベッカム氏は、人工細菌がプラスチックを直接分解するわけではないと強調した。

「私たちが現在使用しているバクテリアを取り出して、それをポリエチレンと組み合わせると、バクテリアは死滅し、プラスチックはそこに残ります」とベッカム氏は述べ、それが酸化プロセスが必要な理由であると述べた。

BOTTLE チームは、プラスチックに含まれるすべての添加剤と染料を理解して定量化するためにさらなる研究を行う予定で、国際宇宙ステーションへの今後の NREL ミッションでは、微小重力がプロセスを改善するかどうかをテストする予定です。

この研究は、米国エネルギー省の先進製造局とバイオエネルギー技術局から資金提供を受けました。