作者:温才妃 杨芳 来源:中国科学报 发布时间:2023/5/12 14:18:23
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筛选20多种降解微生物,他们将塑料无限次回收变为可能

 

全球科研人员都在使出浑身的“解数”,解决全球性塑料污染危机。

日前,《自然》报道了国内外研究人员为解决塑料污染问题提出的三种策略及其标志性研究成果,南京工业大学生物与工程学院教授姜岷领衔的合成生物工程团队在塑料生物降解领域取得的突破性进展位列其中。

“除了通过经济惩处或政策杠杆等限塑措施外,塑料处置大致可归为分类回收再造、焚烧供热发电、化学分解循环、填埋集中处理等。”姜岷介绍说,当前塑料垃圾处置概括起来讲,主要以物理回收和化学回收为主,但新旧塑料混合改性再造,在提高塑料使命的同时,会使塑料成分氧化断链最终导致寿命终结;焚烧虽快速,但存在二氧化碳和毒性物质排放问题;化学循环分解可将有机小分子化合物作为新的基础化工原料,但其投资、技术和环境高;填埋处置会造成巨量的碳资源浪费。

“酶催化降解可以在温和条件下将聚合物解聚为单体或低聚物,用来制造与原生塑料性质相同的再生塑料,达到闭环回收的目的,使得无限期地回收塑料成为可能。”该团队成员、南京工业大学教授董维亮在垃圾填埋场、森林和海洋中筛选出20多株能够分解聚氨酯塑料(PU)的微生物,并在挖掘改造关键的塑料解聚酶,这些微生物和酶在2到3天的时间内,能将90%以上的PU降解,极大地推动了塑料酶催化解聚技术的发展,因此被《自然》关注并报道。

对“白色污染”家族中,另一支脉聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET塑料)的降解,目前主要通过物理方法进行降级利用,如制作涤纶衣服等;通过化学工程手段炼制出对苯二甲酸、乙二醇等单体,进而进行同级循环。

该团队成员、南京工业大学副教授周杰通过合成生物学手段对PET塑料解聚酶进行再设计,通过酶法解聚可实现其完全解聚与循环利用,杜绝微塑料、微颗粒的产生。目前,此降解方法进展顺利,原料预处理、酶制剂生产、原料催化解聚等技术已进入中试验证阶段,正在与相关企业进行产业化合作洽谈。

姜岷团队通过混菌体系的合理设计和构建,将难以降解的秸秆、餐厨垃圾、废弃塑料等转化为有用化学品,技术成果被中国石化集团公司应用。

“用秸秆、工业废气和固体废弃物为原料制成琥珀酸、丁二酸,既解决了污染问题,又使得低附加值产品转变为高附加值化学品。”姜岷说。琥珀酸具有非常广泛的用途,可广泛用于合成生物可降解塑料,也可用作食品添加剂、防腐剂、解毒剂和用于合成镇静剂、止血药、抗生素等。

2022年,该团队成员、南京工业大学教授信丰学与态创生物科技(广州)有限公司合作,布局百万吨级可降解生物塑料(PSB)项目。PBS是一种在自然界中细菌或酶的作用下可完全生物降解聚合物,被视为环境友好型材料中的“潜力股”。按照原料来源,PSB可分为石油基PBS与生物基PBS两大类。长期以来,全生物基PBS囿于成本问题,不能很好地进入市场。

姜岷团队在生物基PBS核心原料丁二酸工业菌株构建过程中省去了有氧菌体的培养过程,实现“一步厌氧”,从而大幅降低成本,使生物基PBS的成本直接追平石油基PBS。此外,还实现了生产1公斤丁二酸固定0.37公斤的二氧化碳。“努力让合成生物模式改变传统生产方式,为构建绿色低碳经济贡献力量。”态创生物创始人兼CEO张志乾说,此次的合作,立足于助力“双碳”目标实现、减少环境污染。

 
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