Polietilén lebontásának legújabb módszere

Ebben az évben, április 24-én jelent meg egy közlemény a Current Biology magazin 27. számában, mely nagy visszhangot keltett a műanyaiparban érdekelt és abban dolgozók, valamit a környezetvédelemmel foglalkozó szakemberek között is. A közlemény ismerteti a polietilén biológiai úton történő lebontásának legújabb lehetőségét. Jelen cikkemben röviden szeretném összefoglalni a felfedezett módszer hátterét, lényegét, valamint alkalmazásának korlátait.

Sokan úgy gondolják, hogy a polimerek előállítása a legnagyobb fogyasztója a véges kőolajkészleteinknek, pedig ezeknek mindössze 3-4 %-át alkalmazzák ilyen célra. Ennek ellenére a fenntartható fejlődés miatt egyre nagyobb az igény a létrehozott polimerek minél gazdaságosabb módon történő újrahasznosítására, esetleg biológiai úton történő lebontásukra. A cél, hogy a szabályozott lebontási folyamat eredményeként kapott végtermékeket a későbbiek során új polimer szintetizálásának alapanyagaként alkalmazhassák.

A poliolefinek (polietilén és polipropilén) a legnagyobb mennyiségben előállított tömegműanyagjaink. A polietilén számottevő részét a csomagolóipar használja fel, többek között hajlékony falú csomagolóeszközök (tasak, zacskó, zsugorfólia, zsák stb.) előállítására. Egyes források szerint évente körülbelül három billió polietilén zacskót használunk fel. Sajnos ezek nagy része a hulladéklerakókba kerül, így kiemelten fontos egy olyan módszer kifejlesztése, mellyel ezek a polietilén termékek akár a földben, vagy szabályozott körülmények között lebonthatóvá válnak.

valami

1. ábra Napjainkban nagy mennyiségű hajlékony falú, polietilén csomagolóanyag kerül a hulladéklerakókba

Jelenleg a tudomány állása szerint a polietilén lebontását biológiai rendszerek – ebben az esetben baktériumok – által csak speciális előkezelés után, szabályozott körülmények között lehet megvalósítani. Sajnos a lebontási folyamat még így is lassú, így ipari méretekben történő alkalmazásuk egyelőre nem lehetséges. Paulo Bombelli és kutatócsoportja a méhkaptárakban kártékony élősködő, viasszal táplálkozó molylárvákat távolított el, melyeket polietilén zacskókba helyezett. Megfigyelték, hogy egy órán belül a zacskón lyukak jelentek meg, a lárvák átrágták magukat a termék falán. A szabályozott körülmények között megismételt kísérletek azt mutatták, hogy 100 darab viaszmoly lárva 12 óra alatt 92 mg zacskót emésztett meg, mely körülbelül 2-3 átrágást jelent lárvánként. A salakanyagot vizsgálva azt tapasztalták, hogy a viaszmoly lárvák a polietilén molekuláit etilén-glikollá alakítják át, mely a polietilén-tereftalát (PET) egyik kiindulási monomere.

2.ábra  Bombelli kísérlete (a) valamint a kísérletben alkalmazott viaszmoly lárvák (b)

2. ábra Bombelli kísérlete (a) valamint a kísérletben alkalmazott viaszmoly lárvák (b)

Ha kissé a jövőbe tekintünk, beláthatjuk, hogy a viaszmoly lárva nem maga az ipari lebontási folyamat, de magukban hordozzák a kulcsot, mellyel ez a kérdés megoldhatóvá válhat. A megoldás alapja az a felfedezés, hogy a lárvák természetes tápláléka (méhviasz) nagy mennyiségben tartalmaz molekulárisan hasonló szerkezetű egységeket, mint a polietilén. Nem szabad viszont elfelejtenünk, hogy a módszer alkalmazásának legnagyobb gátja még mindig a folyamat lassúsága; ha belegondolunk, 500 darab lárva, egy nap alatt is csak körülbelül 1 gramm polietilént képes elfogyasztani. Így a méretnövelés a lárvák emésztőrendszerének vizsgálatával, a lebontásban részt vevő baktériumok, illetve enzimek pontos beazonosításával lehetséges.

Összefoglalásként elmondható, hogy az a felfedezés, hogy a polietilén molekuláját a viaszmoly lárvája által, a jelenlegi biológiai módszerekhez képest sokkal gyorsabban vagyunk képesek lebontani, ténylegesen áttörésnek számít. Mivel a módszer jelenleg kis léptékben, csak laboratóriumi körülmények között működik, nagy valószínűséggel a közeljövőben számos kutatás fog ezen a területen zajlani, ezzel meggyorsítva az ipari folyamat kifejlesztését.

 

Források:

Bombelli, P., Howe, C. J., Bertocchini, F., Polyethylene bio-degradation by caterpillars of the wax moth Galleria mellonella, Current Biology 27, 292-293 (2017)

http://www.sci-news.com/biology/wax-moth-caterpillars-polyethylene-04807.html

https://fthmb.tqn.com/54hS2CJbXXIy70_pQtDRhbcLung=/2121×1415/filters:no_upscale():fill(FFCC00,1)/about/GettyImages-139804274-571a88323df78c56403e1954.jpg

http://cdn.sci-news.com/images/enlarge3/image_4807e-Wax-Worm-Polyethylene.jpg

http://www.wigglywigglers.co.uk/media/catalog/product/cache/1/image/1200×1200/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/1/1/111_waxworms02.jpg