Aan het begin van deze eeuw bestond nog de gedachte dat bepaalde polymeren, zoals polyester en vooral polyethyleentereftalaat (PET), helemaal niet afbreekbaar. Milieubiotechnologe Dr. Doris Ribitsch van de Universiteit voor Natuurlijke Hulpbronnen en Toegepaste Levenswetenschappen in Wenen heeft dat weerlegd. Zij verricht onderzoek aan het Instituut voor Milieubiotechnologie. Zij geloofde toen al in de toepassing van micro-organismen en enzymen zoals dat ook in de natuur gebeurt. Jaren later kon ze dat bewijzen en PET zelfs recyclebaar maken. Innovation Origins sprak met Doris Ribitsch.
Wat is het probleem met plastic recycling en hoe wil je dat oplossen?
Alle bestaande recyclingmethoden hebben ernstige nadelen. Ook voor het milieu. Voor bepaalde soorten plastic bestaan nog helemaal geen recyclingmethoden. In de milieubiotechnologie proberen wij gebruik te maken van concepten die reeds in de natuur bestaan.
In hoeverre hebben de bestaande methoden voor plasticrecycling een negatief effect op het milieu?
Chemische recyclingmethoden zijn gebaseerd op agressieve chemicaliën. Mechanische recyclingmethoden beschadigen het plastic dusdanig, dat alleen downcycling mogelijk is. Deze methoden zijn echter bijzonder beperkt wanneer het gaat om composietmaterialen die uit verschillende polymeren bestaan. Je moet bedenken dat de meeste kunststoffen worden gemaakt van de fossiele grondstof ruwe olie. Ruwe olie is kostbaar en slechts in beperkte hoeveelheden beschikbaar. Als je er een plastic zak van maakt, die vaak maar een paar minuten meegaat, dan besteel je de natuur.
Door het gebrek aan recyclingmethoden worden nog steeds grote hoeveelheden plastic afval verbrand. Wij willen echt milieuvriendelijke recyclingmethoden ontwikkelen en kennis verzamelen over hoe biologische afbraak in de natuur plaatsvindt en wat nodig is om polymeren in de toekomst beter afbreekbaar te maken. Wij kunnen deze kennis ook gebruiken om onderzoek te doen naar materialen die beter biologisch afbreekbaar zijn.
Hoe heeft u de natuurlijke enzymen voor het recyclen van PET ontdekt?
Eerst moesten we uitzoeken waar dergelijke concepten in de natuur te vinden zijn. Daar heb je veel geduld voor nodig. In de tweede fase hebben wij de modellen in het laboratorium nagebouwd en toegepast. Dat was een lang proces omdat er nog niets over bekend was. Men ging er eigenlijk van uit dat recycling van plastic met micro-organismen en enzymen uit de natuur onmogelijk was.
Wij vonden de eerste micro-organismen en enzymen die PET kunnen afbreken in compost. Daar zijn zij betrokken bij de afbraak van organisch materiaal. Vruchten zoals appels en tomaten hebben een schil die gemaakt is van een natuurlijk polyester. Dat is een natuurlijk polymeer dat cutine heet.
Om een dergelijke vrucht te kunnen afbreken, moeten micro-organismen ook de schil kunnen binnendringen. Daartoe bouwen zij enzymen, die als scharen werken en de polymeren in de schillen kunnen afknippen of afbreken. Dit is wat wij ook willen bereiken bij de recycling van kunststoffen.
Hoe kan dit concept worden toegepast op synthetische kunststoffen?
Cutine is ook een polyester. Maar het is natuurlijk chemisch structureel heel anders dan bijvoorbeeld PET. Wij hebben deze enzymen geïsoleerd en in het laboratorium geproduceerd. Zo hebben we ontdekt dat zij ook PET kunnen afbreken. Zij zijn echter minder actief op synthetisch polyester dan op natuurlijk polyester. In de natuur zijn enzymen zeer specifiek voor bepaalde moleculen.
Aangezien PET geen natuurlijk polyester is, bestaat er geen enzym dat erop is afgestemd. Daarom optimaliseren wij natuurlijke enzymen in het laboratorium voor gebruik in recyclingprocessen. Dit betekent dat we bepaalde aminozuren uitwisselen en zo de interactie tussen het enzym en het polyester verbeteren, zodat dit enzym zich ook beter kan binden en het polyester kan versnijden.
De reactieomstandigheden waaronder de enzymen in recyclingprocessen moeten werken, verschillen ook van de natuurlijke omstandigheden. Wij moeten ze daarop aanpassen. De interactie met en de binding van het enzym aan het plastic zijn onze onderzoeksfocus. Dit zijn de aspecten die bepalen of het enzym actief wordt en de afbraak uitvoert.
Hoe ver is het onderzoek gevorderd en wat is het doel?
In het verleden hebben wij ook samen met bedrijven onderzoek verricht naar enzymen. Deze bedrijven hebben nu procédés ontwikkeld waarmee PET-flessen in 24 uur bijna volledig kunnen worden afgebroken. Dat is al een behoorlijk goed degradatiepercentage. Maar wij willen het samen met onze bedrijfspartners nog verder verbeteren. Er zijn veel polymeren en vooral composietmaterialen die nog niet afbreekbaar zijn. Daarom willen wij de kennis die wij tot dusver door ons onderzoek hebben kunnen vergaren, uitbreiden.
Dit leidt ons naar andere habitats waar we onderzoeken hoe de verschillende polymeren daar worden afgebroken. We hebben bijvoorbeeld enzymen gevonden die polymeren in water afbreken. Met deze kennis konden wij aantonen dat enzymatische afbraak ook werkt onder anaërobe omstandigheden. Dit stelt ons bijvoorbeeld in staat enzymen te ontwikkelen die het mogelijk maken plastic te recyclen in biogasinstallaties. Voorts werken wij aan de afbraak van bioplastics, omdat deze op de een of andere manier ook in de natuur terechtkomen en daar mogelijk microplastics produceren.
Omdat bioplastics ook niet per se afbreekbaar zijn. Is dat zo?
Correct. De definitie van bioplastic is dat het ofwel afkomstig is van hernieuwbare grondstoffen ofwel biologisch afbreekbaar is. Dat betekent dat het niet per se afbreekbaar hoeft te zijn. Bovendien betekent composteerbaar niet altijd biologisch afbreekbaar in het milieu. Niet alles wat je in de natuur gooit, wordt daar afgebroken. Dit betekent dat wij ook bioplastics zullen moeten inzamelen en recyclen in onze eigen recyclinginstallaties.
Ook interessant: Bioplastics voor een circulaire economie
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
