结束塑料分离焦虑

聚乳酸 (PLA) 等生物基塑料的发明是为了帮助解决塑料废物危机，但它们最终往往使废物管理更具挑战性。

由于这些材料的外观和感觉与传统的石油基塑料非常相似，因此许多产品最终不会进入堆肥机，按照设计进行分解，而是被善意的消费者添加到回收流中。在那里，产品被粉碎并与可回收塑料一起熔化，从而降低了混合物的质量，并使得用回收塑料树脂制造功能性产品变得更加困难。

目前唯一的解决方案是尝试在回收设施中分离不同的塑料。然而，即使使用最高端的自动化分选工具，一些生物基塑料最终也会污染分选的流。

劳伦斯伯克利国家实验室 (Berkeley Lab) 和联合生物能源研究所 (JBEI) 的科学家正在与 X (谷歌母公司 Alphabet 领导的登月孵化器)合作，不仅跳过有问题的分离步骤，而且使最终产品更好为了地球。

该团队发明了一种简单的“一锅”工艺，使用天然盐溶液和专门的微生物来分解石油基和生物基塑料的混合物。在一个桶中，盐充当催化剂，将材料从聚合物(粘合在一起的重复分子的大结构)分解成称为单体的单个分子，然后微生物将其发酵成可制造的新型可生物降解聚合物转化为生鲜商品。11 月 17 日发表的一篇One Earth论文描述了这一过程。

“这有点讽刺，因为使用生物基塑料的目的是为了更加可持续，但它却引发了问题，”第一作者、高级生物燃料和生物产品工艺开发部门 (ABPDU) 的高级科学工程助理 Chang Dou 说。伯克利实验室。

Dou 最近被美国化学工程师学会评为 35 岁以下 35 人之一。“我们的项目正在尝试解决分离问题，让您不必担心是否会混合回收箱。您可以将所有塑料都装在一个桶里。”

除了简化回收利用之外，该团队的方法还可以使用与愉快地咀嚼塑料单体的相同细菌来生物基制造其他有价值的产品。想象一下这样一个世界：垃圾填埋场中约有 83 亿吨塑料废​​物可以用来制造生物燃料甚至药物。

“关于我们是否可以使用废塑料作为生物制造的碳源，有一个公开的讨论。这是一个非常先进的想法。但我们证明，使用废塑料，我们可以喂养微生物。有了更多的基因工程工具，微生物也许能够同时在多种类型的塑料上生长。我们预见到继续这项研究的潜力，我们可以用经过加工的难以回收的混合塑料来替代糖(微生物的传统碳源)，这些塑料可以转化为有价值的产品通过发酵，”在 JBEI 工作的加州大学伯克利分校博士后研究员王子龙说。

伯克利实验室科学家的下一步是用其他有机盐催化剂进行实验，试图找到一种既能高效分解聚合物又能多次重复使用以降低成本的催化剂。他们还模拟了该过程如何在现实世界的大规模回收设施中发挥作用。

在他们的论文中，科学家们展示了他们的方法在实验室小规模实验中的潜力，该方法使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(最常见的石油基塑料，用于水瓶等物品并纺成聚酯纤维)和 PLA 的混合物，最常见的生物基塑料。

他们使用了 JBEI 同事之前开发的氨基酸盐催化剂和橡树岭国家实验室科学家设计的恶臭假单胞菌菌株。

这种组合成功分解了 95% 的 PET/PLA 混合物，并将分子转化为一种聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 聚合物。PHA 是一类新型可生物降解塑料替代品，与石油基塑料不同，它可以在各种自然环境中有效分解。

团队成员 Hemant Choudhary 指出，虽然他们的化学回收工艺目前仅适用于被可生物降解的 PLA 污染的 PET 塑料，但它仍然有益于实际回收设施中遇到的各种塑料流。

“它可以与现有的塑料来源完全整合，”在 JBEI 工作的桑迪亚国家实验室科学家乔杜里 (Choudhary) 说。他解释说，大多数商业产品不仅仅是一种塑料，而是几种不同种类的组合。例如，抓绒夹克由 PET 聚酯与聚烯烃或聚酰胺制成。

“我们可以将其放入一锅法中，轻松加工混合物中的聚酯成分，并将其转化为生物塑料。这些单体可溶于水，但剩余部分，聚烯烃或聚酰胺则不溶于水。” 乔杜里说，可以通过简单的过滤轻松去除剩余物，然后将其送至传统的机械回收过程，其中材料被切碎和熔化。

“化学回收一直是一个热门话题，但很难在商业规模上实现，因为所有的分离步骤都非常昂贵，”ABPDU 的科学家、该项目的主要作者和首席研究员 Ning Sun 说。 。

“但是通过在水中使用生物相容性催化剂，微生物可以直接转化解聚塑料，而无需额外的分离步骤。这些结果非常令人兴奋，尽管我们承认仍需要进行许多改进才能实现所开发工艺的经济可行性。 ”

合著者 Nawa R. Baral 和 Corinne Scown 是 JBEI 和伯克利实验室生物科学领域的技术经济分析专家，他们还证明，一旦使用可重复使用的盐溶液进行优化，该过程可以将 PHA 的成本和碳足迹降低 62% 和 29分别与当今的商业 PHA 生产相比。