環保新發明!突變酶10小時內分解塑膠逾90% 有效解決廢物污染?

撰文:黃正軒
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塑膠廢物難以自然降解,人類的傾倒已造成嚴重海洋生態污染問題。日常生活中減塑外,回收和分解都是部份解決辦法。近日科學家研發出新型突變酶,能於10小時內分解90% PET塑膠。技術規模正在擴大,明年約開設示範工廠,若然成功商業化,可望更易處理塑膠廢物。

日常使用的膠樽,主要以PET(聚乙烯對苯二甲酸酯)製造,每年產量約7,000萬噸。即使市面上已有不少回收膠樽的渠道,仍然只有三成(30%)再造成新的塑膠物料。

回收公司通常混合多種不同顏色的塑膠,以高溫融化後,生產出灰或黑色的塑膠原料。如此原料強度較低,通常變成地毯或其他用於衣服的低級塑膠纖維,最終逃不過被埋於堆填區或焚化。

常見的支裝飲品所使用的膠樽,大部份是PET塑膠。(歐陽德浩攝)

不過如此局面或會改變。英國《衛報》及學術期刊《科學》報導稱,《自然》(Nature)期刊於4月8日發表研究成果,綠色化學公司Carbios的科學家研發出突變酶,可於數小時內分解本需耗時400年以上方能自然分解的PET膠樽,效率逾90%。

此種突變酶最初在樹葉堆肥中發現,能把PET膠樽分解化學建構組元(chemical building blocks),以便回收再造成高質新膠樽。

突變酶切斷PET化學鍵效率 比天然酶高一萬倍

「樹葉分支堆肥角質酶」( Leaf-branch compost cutinase, LLC)可以切斷PET的兩個主要構件「對苯二甲酸酯」(Terephthalate)和「乙二醇」(Ethylene glycol)之間的化學鍵。(Getty Images)

突變酶的原始天然酶種,名為「樹葉分支堆肥角質酶」( Leaf-branch compost cutinase, LCC),2012年由大阪大學的研究員首次在樹葉堆肥中發現。LLC可以切斷PET的兩個主要構件「對苯二甲酸酯」(Terephthalate,俗稱「的確涼」)和「乙二醇」(Ethylene glycol,俗稱「甘醇」、「水精」)之間的化學鍵。今次Carbios公司的科學家先從10萬種微生物中篩選出LCC,當中包括在2012年首次發現的樹葉堆肥蟲。

不過天然LCC只能破壞植物葉片表面的蠟質保護層,分解PET膠樽的化學鍵效率不足。Carbios首席科學家Alain Marty和圖盧茲大學(University of Toulouse)專家Isabelle Andre合作,分析所篩選出的LCC之晶體結構,以確認當中具關鍵分解作用的氨基酸,並引入多次突變,持續改良其分解PET的能力。研究員最終分離出一種突變酶,可於72°C的高溫下穩定發揮作用。由於此溫度接近PET本身的融化溫度,突變酶在這溫熱環境下仍不瓦解,便可以更快速地分解PET。

200克塑膠瓶 10小時內分解90%

Carbios研發團隊發現200克PET膠樽廢物,於10小時內被突變酶分解九成。(資料圖片)

研發團隊在專門設計的小型反應堆中測試突變酶,發現200克PET膠樽廢物,在10小時內被分解了90%。如此一來,研究員便可利用突變酶分解PET,得出純粹的對苯二甲酸酯和乙二醇,用來生產跟傳統膠樽一樣高質素的循環再造膠樽。

Carbios已跟生物技術公司Novozymes簽訂使用真菌大規模生產突變酶的協議。據稱此突變酶的生產成本只佔石油製造塑膠成本的4%。Carbios副總裁Martin Stephan表示,公司目標希望於2024或2025年前能夠大規模量產。

Stephan認為減塑只能解決部分塑膠廢棄問題。塑膠在食品、醫療和運輸方面始終為社會帶來了不少價值。現在有半數塑膠流入環境或被當垃圾堆填,他指出,解決問題的關鍵在於如何有效地收集塑膠廢物。

資料來源:NatureScienceThe GuardianTech Orange

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