Загрязнение окружающей среды является одной из самых болезненных проблем современности, поисками решения которой занимаются специалисты самых разных областей науки. Одним из главных источников загрязнения является пластик. Отказаться от столь полезного, но крайне неэкологичного материала мы не можем, так как альтернативы полноценной пока нет. Потому поиски методов переработки таких отходов крайне важны, особенно если эти методы позволяют не просто утилизировать мусор, но получить нечто полезное на выходе.

Ученые из Канзасского университета (США) разработали новый метод переработки пластика в сырье для фармацевтики с помощью грибов. Как работает этот метод, какова роль грибов, и что можно получить после переработки? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Не хочется раздражать экологов, но нельзя отрицать тот факт, что пластик является крайне полезным, дешевым и удобным материалом. Он используется практически везде, от бытовых предметов до сложного лабораторного оборудования. Статистика говорит, что пластик на данный момент является лидером среди материалов по объемам производства, который к 2040 году может достичь 1.1 миллиона тонн в год. А вот переработка пластика не может похвастаться столь внушительной статистикой: в 2015 году было переработано всего лишь 9% пластика.

Пластик пластику рознь, в том плане, что некоторые типы пластика поддаются переработке лучше, чем другие. К примеру, полиэфиры перерабатываются чаще [около 30% полиэтилентерефталата (ПЭТФ)], чем полиолефины [около 6% полиэтилена низкой плотности (ПЭНП)].

Благодаря своей прочной микроструктуре и превосходным физико-химическим свойствам полиэтилены используются повсеместно, а потому ожидать полного отказа от использования этого материала в ближайшем будущем не стоит.

Помимо экологического аспекта существует еще и экономический. Дело в том, что даже в уже использованном пластике (т. е. пластиковом мусоре) есть вещества, которые могут иметь практическую пользу, если их правильно извлечь. Проблема в том, что те же физико-химические свойства, которые делают полиэтилены полезными, также препятствуют их разложению и переработке. Еще больше усугубляют эту проблему добавки, которые обязательно сопровождают любой поток отходов (красители, пластификаторы и т. д.).

В отличие от полиэфиров и нейлонов, известные химические методы переработки или повторного производства полиэтилена весьма ограничены. Некоторые из этих методов показали, что O₂ и оксид азота (NO) расщепляют полиэтилены до карбоновых кислот, нитратов и других оксигенатов при 170°C и 40 атм с общим выходом 65%.

Также исследуются и не содержащие окислителей каталитические подходы к вторичной переработке полиэтилена, включая метатезис алканов, гидрогенолиз и связанные с ними пути превращения полиэтиленов в легкие алканы. Хотя эти методы имеют скромный выход и являются весьма энергоемкими, они позволяют избежать потенциальных неконтролируемых реакций, которые могут возникнуть в результате нагревания органических веществ с O₂.

В последние годы ученые все больше начали уделять внимания методу биологической переработки отходов. Открытие ферментов, способных деполимеризовать ПЭТ, вызвало большой интерес как к разложению ПЭТ, так и к вторичной использованию продуктов этого разложения. Исследования показали, что есть возможность создавать полигидроксиалканоаты (ПГА) или родственные им продукты из субстратов пластика с помощью микробов. При этом ПГА, полученные из ПЭТ, могут быть преобразованы как в алкеновые кислоты, так и в углеводородное топливо. Чаще всего роль биологического компонента в этих методах играет бактерия E. coli (кишечная палочка). С ее помощью удалось преобразовать терефталевую кислоту, полученную из ПЭТФ, в различные ароматические соединения, включая галловую кислоту, катехол и ванилин.

Однако, в отличие от ПЭТ, для полиолефинов, таких как ПЭНП (полиэтилен низкой плотности) и ПЭВП (полиэтилен высокой плотности), методов биологической переработки существует очень мало. Следовательно, окончательного решения проблемы переработки ПЭТ, особенно биологической, пока нет. Потому ученые и решили провести рассматриваемое нами сегодня исследование, в котором основной акцент был поставлен не на бактериях, а на грибах.

В результате было показано, что полиэтилены могут быстро разлагаться с образованием субстратов, пригодных для модернизации в результате метаболизма грибов.