Während uns die Bedeutung des Recyclings regelmäßig vor Augen geführt wird, ist der Kunststoffabfall auf der ganzen Welt auf einem Allzeithoch, mit satten 353 Millionen Tonnen, die jedes Jahr produziert werden.
Jetzt glauben Wissenschaftler, dass sie die Lösung zur Reduzierung von Plastikmüll in Form von Enzymen haben, die Polyester fressen.
Das erste Enzym namens PETase wurde bereits 2016 entdeckt, war aber bisher weitgehend unbrauchbar, da es bei hohen Temperaturen zerfällt.
In einer neuen Studie entwickelten Forscher der Northwestern University ein Polymer, das das Enzym schützt und es ihm ermöglicht, Polyester auch bei hohen Temperaturen abzubauen.
Unterdessen identifizierte eine zweite Studie unter der Leitung von Forschern der Montana State University und der University of Portsmouth ein zweites Enzym namens TPADO, das Terephthalat (TPA) abbaut – eine der beiden Chemikalien, die beim Abbau von Polyester entstehen.
Gemeinsam hoffen die Forscher, dass die Enzyme Ingenieuren helfen könnten, Lösungen zur Entfernung von Mikroplastik aus Flüssen und Ozeanen zu entwickeln.
Während uns die Bedeutung des Recyclings regelmäßig vor Augen geführt wird, ist der Kunststoffabfall auf der ganzen Welt jetzt auf einem Allzeithoch, mit satten 353 Millionen Tonnen, die jedes Jahr produziert werden
“Unsere Idee war es, Polymere zu bauen, die das Enzym zum Schutz seiner Struktur einkapseln können, damit es außerhalb lebender Zellen und im Labor bei ausreichend hohen Temperaturen weiter funktionieren kann, um PET abbauen zu können”, erklärte Professor Monica Olvera de la Cruz, leitender Autor der ersten Studie.
Das Polymer besteht aus einem hydrophoben (wasserabweisenden) Rückgrat und hochspezifischen Konzentrationen seiner drei Komponenten.
Um es zu testen, mischte das Team das Polymer im Labor mit chemisch synthetisierter PETase.
“Wir fanden heraus, dass, wenn man den Komplex aus Polymer und Enzym zusammen und in die Nähe eines Kunststoffs bringt und ihn dann leicht erhitzt, das Enzym in der Lage ist, ihn in kleine monomere Einheiten zu zerlegen”, sagte Professor Olvera de la sagte Cruz.
“Zusätzlich zum Betrieb in einer Umgebung, in der Mikroplastik gereinigt werden könnte, hat unsere Methode vor dem Abbau durch hohe Temperaturen geschützt, und ein Student konnte die Tests durchführen.”
Wenn PETase Polyester abbaut, hinterlässt es zwei Chemikalien – Ethylenglykol (EG) und Terephthalat (TPA).
In einer separaten Studie untersuchten Forscher der Montana State University und der University of Portsmouth die nächsten Schritte für diese Chemikalien.
Professor Jen DuBois, die die Studie leitete, sagte: „Während EG eine Chemikalie mit vielen Anwendungen ist – es ist zum Beispiel Teil des Frostschutzmittels, das Sie in Ihr Auto füllen – hat TPA außerhalb von PET nicht viele Anwendungen, und es ist auch nicht so etwas die meisten Bakterien können sogar verdauen.“
In ihrer Studie fanden die Forscher heraus, dass ein Enzym von PET-verbrauchenden Bakterien TPA „wie eine Hand in einem Handschuh“ erkennen kann.
Das Enzym namens TPADO kommt natürlich vor und baut TPA mit erstaunlicher Effizienz ab, so das Team.
Professor John McGeehan, Direktor des Zentrums für Enzyminnovation der Universität, sagte: „In den letzten Jahren wurden unglaubliche Fortschritte bei der Entwicklung von Enzymen zum Abbau von PET-Kunststoff in seine Bausteine erzielt.
In der Studie fanden die Forscher heraus, dass ein Enzym von PET-verbrauchenden Bakterien TPA „wie eine Hand in einem Handschuh“ erkennen kann. Das Enzym namens TPADO kommt natürlich vor und baut TPA mit erstaunlicher Effizienz ab, so das Team
„Diese Arbeit geht noch einen Schritt weiter und untersucht das erste Enzym in einer Kaskade, das diese Bausteine in einfachere Moleküle zerlegen kann.
“Diese können dann von Bakterien genutzt werden, um nachhaltige Chemikalien und Materialien zu erzeugen, die für die Herstellung wertvoller Produkte aus Kunststoffabfällen unerlässlich sind.”
Mithilfe von Röntgenscanning konnten die Forscher auch eine detaillierte 3D-Struktur von TPADO erzeugen, die aufzeigte, wie es TPA abbaut.
“Dies liefert Forschern eine Blaupause für die Konstruktion schnellerer und effizienterer Versionen dieses komplexen Enzyms”, fügte Professor McGeehan hinzu.
Die Studien kommen kurz nach einem Bericht, in dem davor gewarnt wurde, dass sich der Kunststoffabfall weltweit seit dem Jahr 2000 mehr als verdoppelt hat, wobei im Jahr 2019 satte 353 Millionen Tonnen produziert wurden.
Der Bericht der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung stellte fest, dass trotz dieses Anstiegs der Kunststoffabfälle nur neun Prozent erfolgreich recycelt wurden.
„Nach Berücksichtigung der Verluste beim Recycling wurden letztendlich nur neun Prozent des Kunststoffabfalls recycelt, während 19 Prozent verbrannt wurden und fast 50 Prozent auf geordneten Deponien landeten“, hieß es.
„Die restlichen 22 Prozent wurden auf unkontrollierten Deponien entsorgt, im Tagebau verbrannt oder in die Umwelt geleitet.“
Acht Millionen Tonnen Plastik landen jedes Jahr im Meer
Von 30 Milliarden Plastikflaschen, die jedes Jahr von britischen Haushalten verwendet werden, werden derzeit nur 57 Prozent recycelt.
Da die Hälfte davon auf Deponien landet, landet die Hälfte aller recycelten Plastikflaschen im Abfall.
Rund 700.000 Plastikflaschen landen täglich im Müll.
Dies ist hauptsächlich auf die Kunststoffverpackung von Flaschen zurückzuführen, die nicht recycelbar sind.
Flaschen tragen maßgeblich zur steigenden Menge an Plastikmüll in den Weltmeeren bei.
Forscher warnen davor, dass derzeit jedes Jahr acht Millionen Tonnen Kunststoffe ihren Weg in die Ozeane finden – das entspricht einer LKW-Ladung pro Minute.
Die Menge an Plastikmüll in den Weltmeeren wird bis 2050 die Fischmenge überwiegen, wenn die Welt nicht drastische Maßnahmen ergreift, um weiter zu recyceln, wie ein 2016 veröffentlichter Bericht enthüllte.
Bei den derzeitigen Geschwindigkeiten wird sich dies bis 2050 auf vier Lastwagenladungen pro Minute verschlechtern und das einheimische Leben überflügeln, um die größte Masse zu werden, die die Ozeane bewohnt.
Überwältigende 95 Prozent der Kunststoffverpackungen im Wert von 65 bis 92 Milliarden Pfund gehen der Wirtschaft nach einmaligem Gebrauch verloren, heißt es in dem Bericht der Ellen MacArthur Foundation.
Und verfügbare Forschungsergebnisse schätzen, dass sich heute mehr als 150 Millionen Tonnen Kunststoffe im Ozean befinden.
Plastikverschmutzung ruiniert die Ökosysteme der Welt, sowohl im Meer als auch an Land. Es verunreinigt Küstenlinien, fängt Tiere und erstickt ganze Tierpopulationen
Wissenschaftler warnen, dass jedes Jahr so viel Plastik ins Meer gekippt wird, dass es fünf Tragetaschen für jeden Fuß Küstenlinie auf dem Planeten füllen würde.
Mehr als die Hälfte des Plastikmülls, der in die Ozeane gelangt, stammt aus nur fünf Ländern: China, Indonesien, den Philippinen, Vietnam und Sri Lanka.
Das einzige westliche Industrieland auf der Liste der 20 größten Plastikverschmutzer sind die Vereinigten Staaten auf Platz 20.
Die USA und Europa verwalten ihren gesammelten Abfall nicht falsch, so dass der Plastikmüll, der aus diesen Ländern kommt, auf Müll zurückzuführen ist, sagten Forscher.
Während China für 2,4 Millionen Tonnen Plastik verantwortlich ist, die in die Ozeane gelangen, fast 28 Prozent der Gesamtmenge der Welt, tragen die Vereinigten Staaten laut der in der Zeitschrift Science veröffentlichten Studie nur 77.000 Tonnen bei, was weniger als einem Prozent entspricht .