Een onderzoeksteam van de University of Texas (VS) ontwikkelde met kunstmatige intelligentie een enzym dat plastic van de populaire petflessen in een dag kan afbreken tot de basale grondstoffen. De vinding heeft volgens de wetenschappers een techniek opgeleverd die betaalbaar is en die op grote schaal kan worden gebruikt. De onderzoekers hopen deze in te zetten op stortplaatsen en in vervuilde gebieden. „De mogelijkheden van dit geavanceerde recyclingproces zijn eindeloos”, stelt hoofdonderzoeker Hal Alper van de universiteit.

De Amerikanen bouwden voor op eerdere onderzoeken. Zoals het onderzoek naar plasticafbrekende bacteriën die in 2016 waren ontdekt in Japan. Deze bacteriën breken het populaire plastic polyethyleentereftalaat, beter bekend als pet, binnen enkele weken af tot onschadelijke stoffen.

Eetlust

Aan de basis van de eetlust van de bacterie staan enkele enzymen. Deze stoffen zijn het beste voor te stellen als schaartjes die het plastic in stukjes knippen. Hiermee kan de bacterie, die Ideonella sakaiensis wordt genoemd, het plastic terugbrengen tot zijn basisbouwstenen tereftaalzuur en ethyleenglycol, oftewel antivries.

Dat betekende een flinke wetenschappelijke doorbraak. Want de berg plasticafval groeit jaarlijks met vele miljoenen tonnen. Zo worden elk jaar alleen al ruim 82 miljoen ton pet geproduceerd voor frisdrankflessen, verpakkingen, kleding en tapijten. En dat is nog maar 12 procent van de totale plasticproductie wereldwijd. Na gebruik belandt het overgrote deel als afval op stortplaatsen, in verbrandingsovens of in de oceaan. Slechts 15 tot 35 procent van alle kunststof wordt gerecycled.

Na het Japanse onderzoek hebben enkele belangrijke doorbraken plaatsgehad. Onderzoekers van de Britse University of Portsmouth zijn er in 2018 in geslaagd om het enzym wat te verbouwen, waardoor dat het plastic nog sneller kon afbreken. Het voordeel van dit kunstmatige enzym, petase geheten, is dat het ook kunststof bierflesjes kan afbreken. Die worden gemaakt van pef (polyethyleenfurandicarboxylaat), een plastic dat qua chemische structuur lijkt op pet.

In 2020 slaagde het Britse team erin om het enzym petase te combineren met een ander enzym, het zogeheten mhetase. Dat leverde het nieuwe superenzym tpado op dat pet zes keer sneller afbreekt.

Grondstoffen

Voor een circulaire economie, waarin geen afval meer wordt geproduceerd, is het echter niet genoeg dat bacteriën plastic alleen afbreken. Het mooiste zou zijn wanneer ze ook de grondstoffen leveren voor de productie van nieuwe kunststoffen.

„Het is goed mogelijk dat we in de komende jaren een industrieel levensvatbaar proces zullen zien om pet en mogelijk andere plastics, zoals pef, pla (polymelkzuur) en pbs, af te breken tot hun oorspronkelijke bouwstenen, zodat ze duurzaam kunnen worden gerecycled”, zei onderzoeksleider John McGeehan, hoogleraar synthetische biologie van de University of Portsmouth in 2020.

In een recenter onderzoek van de Britse universiteit bleek het enzym tpado uitsluitend tereftaalzuur af te breken. „Met een verbazingwekkende efficiëntie”, aldus onderzoeksleider Jen DuBois, hoogleraar microbiële biochemie van de universiteit. De bouwstenen die daarbij ontstaan, kunnen worden gebruikt om weer nieuwe kunststoffen te maken.

Het team van de University of Texas ontdekte recent dat het tpado-enzym nog niet optimaal functioneert. Het werkt bijvoorbeeld niet goed als het te koud is. Daar besloten ze wat aan de doen.

De Amerikanen bouwden een kunstmatig intelligent computermodel. Daarmee kon het team voorspellen welke veranderingen het petase-onderdeel van het enzym zouden kunnen verbeteren. Een programma met kunstmatige intelligentie analyseerde hoe goed het enzym het pet aanpakt van shampooflacons, frisdrankflessen en andere producten. Het model ontwierp vervolgens de ideale vorm van het enzym, dat de onderzoekers fast-petase (functioneel, actief, stabiel en tolerant petase) noemden. Het bleek in sommige experimenten het plastic in slechts 24 uur af te breken.