Il batterio del suolo ricicla i rifiuti di plastica eterogenei - Hainan bottiglie di plastica Group Co., Ltd

Credito: Marc Newberry/Unsplash

Le operazioni di riciclaggio e recupero sono sopraffatte dal volume dei rifiuti di plastica nelle discariche, il che ha portato a una crisi di inquinamento globale. Vari rifiuti di plastica potrebbero essere utilizzati come fonte di sostanze chimiche utili. I ricercatori hanno esplorato processi chimici e biologici per sviluppare sistemi di riciclaggio per convertire i rifiuti di plastica mista in sostanze chimiche di valore commerciale. Tuttavia, un ostacolo in tali sforzi di upcycling è la diversità chimica e la complessità dei rifiuti di plastica.

Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science il 13 ottobre, riporta un processo in due fasi che combina meccanismi chimici e biologici per convertire i rifiuti plastici misti in sostanze chimiche vantaggiose. Gli ingegneri chimici del National Renewable Energy Laboratory e del BOTTLE Consortium a Golden, Colorado, dell’Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee, del Massachusetts Institute of Technology e dell’Università del Wisconsin Madison, hanno sviluppato il processo ibrido e ne hanno illustrato la capacità di generare sostanze chimiche utilizzabili.

"Sullivan e colleghi evidenziano come i processi chimici e biologici ibridi possano consentire un riciclo della plastica altrimenti irrealizzabile", ha scritto Ning Yan, PhD, professore associato presso il dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare dell'Università Nazionale di Singapore, in una prospettiva correlata articolo sullo stesso numero della rivista. (Yin non è stato coinvolto nello studio).

Queste piccole molecole generate attraverso la fase iniziale di autossidazione forniscono substrati adatti per la conversione biologica. I ricercatori hanno poi modificato geneticamente un batterio del suolo, Pseudomonas putida, per generare sostanze chimiche utili da questi composti ossigenati in una fase di bioconversione tandem. Per illustrare l’applicazione, gli scienziati hanno convertito miscele di polietilene ad alta densità (HDPE), polistirene (PS) e polietilene tereftalato (PET), i componenti più abbondanti dei rifiuti di plastica, in b-chetoadipato o poliidrossialcanoati.

"Abbiamo progettato due ceppi di Pseudomonas putida: il primo, per convertire acetato, dicarbossilati da C4 a C17, benzoato e tereftalato in poliidrossialcanoati, un poliestere naturale con crescenti applicazioni industriali, e il secondo per utilizzare acetato e dicarbossilati per la crescita convertendo al contempo benzoato e tereftalato in β-chetoadipato, un monomero per polimeri con prestazioni vantaggiose", hanno osservato gli autori.

Le attuali pratiche di riciclaggio della plastica richiedono uno smistamento impegnativo e costoso dei tipi di plastica e producono prodotti finali di qualità e valore inferiori. Questo nuovo approccio in due fasi è efficace nel convertire miscele di rifiuti plastici post-consumo in preziosi prodotti chimici specializzati.

I poliidrossialcanoati sono una famiglia di bioplastiche adatte a vari materiali medici e altre applicazioni. D’altra parte, la via del β-chetoadipato, ampiamente presente nei batteri e nei funghi del suolo, degrada una varietà di composti, inclusi benzoati e lignine, in β-chetoadipato, che a sua volta può essere convertito in intermedi dell’acido tricarbossilico (TCA) ciclo, il principale meccanismo biologico generatore di energia.

Mentre gli autori hanno dimostrato l’approccio producendo β-chetoadipato o poliidrossialcanoati, hanno notato che l’ingegneria genetica dei componenti del percorso metabolico microbico potrebbe consentire una conversione personalizzata della plastica mista in una varietà di piattaforme o sostanze chimiche speciali.