Wissenschaftler haben eine fortschrittliche Hydrolase synthetisiert, ein Enzym, das innerhalb von 10 Stunden bis zu 90 Prozent von PET (Polyethylenterephthalat) in Monomere zerlegt. Der so entstandene Kunststoff steht in seinen Eigenschaften denen der ursprünglich aus Erdölprodukten hergestellten in nichts nach und kann wieder für die Herstellung von Verpackungen und Textilien verwendet werden, wodurch ein geschlossener Produktionskreislauf erreicht werden kann. Der Artikel wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Jährlich werden weltweit etwa 350 Millionen Tonnen Plastik produziert und etwa 200 Millionen Tonnen werden fast sofort zu festem Hausmüll, weil sie nur für kurze Zeit verwendet und nicht weiterverwertet werden. Ein Fünftel des weltweiten Kunststoffs ist Polyethylenterephthalat (PET), ein Material, das zur Herstellung von Textilien und Verpackungen verwendet wird, hauptsächlich Plastikflaschen für Wasser und Soda.
PET ist ein komplexer Polyester und aufgrund seines hohen Gehalts an aromatischen Terephthalat-Einheiten schwer zu hydrolysieren. Die gebräuchlichste Art der Verarbeitung ist die thermomechanische. Leider führt dies zu einem Verlust der mechanischen Eigenschaften und die Qualität des Ausgabematerials ist viel geringer als die des Originals. Wissenschaftler haben bereits PET-Hydrolasen beschrieben – Enzyme, die in der Lage sind, PET zu depolymerisieren und zu neuen Rohstoffen von guter Qualität zu verarbeiten, aber alle zeigten eine geringe Produktivität und waren unrentabel.
Französische Wissenschaftler um Valérie Tournier von der Universität Toulouse haben mit der Suche nach einer verbesserten PET-Hydrolase begonnen. Im Moment haben sie die erste Phase des Projekts abgeschlossen und eine effektive Verarbeitung von Terephthalsäure erreicht, die den größten Teil von PET ausmacht - 863 Kilogramm pro Tonne PET-Abfall.
Während der Studie behandelten sie kommerzielles amorphes PET mit verschiedenen Enzymen: Hydrolasen BTA1 und BTA2 des Bodenbakteriums Thermobifida fusca; Cutinase des pathogenen Pilzes Fusarium solani pisi; PETase des gramnegativen Bakteriums Ideonella sakaiensis und Cutinase LCC, die aus Blattkompost von Blättern gewonnen wird. Sie fanden heraus, dass LCC 33-mal wirksamer war als andere Enzyme und die höchste thermische Stabilität aufwies.
Als nächstes versuchten die Wissenschaftler, die enzymatische Aktivität und thermische Stabilität von LCC durch Protein-Engineering weiter zu verbessern: Die chemische Aktivität wurde durch die gezielte Mutagenese wichtiger Aminosäurereste verbessert und die thermische Stabilität durch Hinzufügen einer Disulfidbrücke erhöht.
Als Ergebnis entschieden sich die Spezialisten für eine Variante der PET-Hydrolase, die in 10 Stunden 99,8 Prozent der Terephthalsäure in Monomere (das sind 90 Prozent des PET-Abfalls) abbaut. Gleichzeitig betragen die Kosten des Enzyms, das zur Verarbeitung einer Tonne benötigt wird, nur 4 Prozent des Preises einer Tonne Primär-PET. Plastikflaschen für Getränke wurden bereits aus recycelten Rohstoffen hergestellt, und ihre Eigenschaften standen den Originalen in nichts nach.
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