Технология биологической переработки: прокладывая инновационный путь к устойчивой экономике замкнутого цикла ПЭТ

Рыночное применение ПЭТ и его переработка

Во всем мире ПЭТ-бутылки являются одной из наиболее значимых сфер применения ПЭТ-материалов, объем производства которой в 2022 году составит около 60 миллионов тонн. Текстильная промышленность является еще одной заметной сферой применения, где в том же году было произведено около 5 миллионов тонн ПЭТ-волокон.

Несмотря на широкое использование, мировые показатели переработки ПЭТ остаются низкими. Хотя некоторые регионы, особенно части Европы, достигли показателей переработки, превышающих 60% для ПЭТ-бутылок, за счет политических стимулов и повышения осведомленности потребителей, в 2020 году мировые показатели переработки составили всего около 29%. Текстильная промышленность сталкивается с еще большей проблемой, поскольку показатели переработки ПЭТ оцениваются ниже 20%. Этот значительный объем непереработанного ПЭТ оказывает значительное давление на окружающую среду, поскольку он может сохраняться в природе десятилетиями, отрицательно влияя на экосистемы и здоровье человека.

Технология биологической переработки: устойчивый инновационный путь переработки ПЭТ

Многочисленные компании и научно-исследовательские институты разрабатывают новые технологии для повышения эффективности и возможности повторного использования переработки ПЭТ. Биологическая переработка использует микроорганизмы или ферменты для разложения отходов ПЭТ на составляющие их мономеры, обеспечивая устойчивую альтернативу традиционным методам «даунсайклинга».

Сравнение методов переработки

Механическая переработка: эта широко используемая технология очищает и гранулирует отходы ПЭТ с помощью физических процессов. Несмотря на эффективность и рентабельность, она часто снижает эксплуатационные характеристики материала и не может полностью заменить первичный ПЭТ. Кроме того, она потребляет воду и энергию, что оказывает влияние на окружающую среду.

Химическая переработка: этот метод разлагает ПЭТ на мономеры высокой чистоты посредством химических реакций, предлагая высокую эффективность и адаптивность для загрязненных отходов ПЭТ. Однако он обычно требует более высоких затрат энергии, влечет за собой более высокие расходы и может представлять экологические риски.

Биологическая переработка: Напротив, биологическая переработка действует как процесс «апсайклинга», преобразуя выброшенный ПЭТ в регенерированный пластик, который соответствует характеристикам первичных материалов. Хотя биологическая переработка все еще находится на экспериментальной стадии, она имеет значительный потенциал, чтобы стать важным дополнением к переработке ПЭТ, способствуя устойчивому использованию ресурсов.

Генезис биологической переработки

Исследования биологической переработки ПЭТ были сосредоточены на конкретных бактериях и ферментах, способных разлагать ПЭТ. Заметный прорыв произошел в 2016 году с открытием *Ideonella sakaiensis*, бактерии, которая выживает, используя ПЭТ в качестве единственного источника углерода.

 Это открытие не только раскрыло возможности природы по деградации, но и дало существенные идеи для разработки новых технологий биологической переработки. Последующие исследования оптимизировали производительность PETase с помощью генной инженерии, значительно повысив ее эффективность и скорость в деградации PET.

Исследование и коммерциализация биологической переработки

В конце 2023 года Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) признал «Технологию биологической переработки ПЭТ» одной из «10 лучших новых химических технологий 2023 года». Эта инициатива направлена ​​на выявление технологий, находящихся между лабораторными исследованиями и коммерциализацией, которые способствуют достижению Целей устойчивого развития (ЦУР).

Многие отечественные и международные научно-исследовательские институты и компании добились значительных прорывов в области биологической переработки ПЭТ, постепенно продвигаясь к коммерциализации.

1. Биологическая переработка отходов текстиля в рубашки из регенерированного полиэстера

Компания Yuantian Biotechnology (Tianjin) Co., Ltd. была основана в октябре 2022 года и специализируется на исследовании и коммерциализации технологии ферментативной регенерации для отработанного ПЭТ-пластика. Компания преобразует отходы текстиля в ценные переработанные мономеры, такие как очищенная терефталевая кислота (PTA) и этиленгликоль (EG), успешно производя первую в Китае рубашку из ферментативно регенерированного полиэстера. Это нововведение связано с разработкой компанией направленно-инженерных ферментных белков, повышающих эффективность регенерации, стабильность и возможность повторного использования при одновременном снижении производственных затрат.

2. Достижения в эффективной ферментативной переработке ПЭТ и глобальное сотрудничество

CARBIOS, основанная в 2011 году, специализируется на переработке пластика и достигла значительных успехов в биологической переработке ПЭТ путем оптимизации природных ферментов. Компания разработала высокоэффективный гидролитический фермент ПЭТ, который демонстрирует замечательную ферментативную эффективность, достигая до 98% деградации ПЭТ за два часа во время лабораторных испытаний и 95% в коммерческих приложениях в течение 24 часов.

Для дальнейшего совершенствования своей технологии CARBIOS строит первый в мире завод по деполимеризации ПЭТ во Франции, продвигая круговорот пластика и облегчая применение технологий в мире. Сотрудничество с китайской Zhink Group, турецкой SASA и британской FCC Environment направлено на лицензирование ее технологии по всему миру, стимулируя инновации в переработке ПЭТ.

Wankai New Materials Co., Ltd., дочерняя компания Zhengkai Group, фокусируется на материалах из полиэфира ПЭТ и стремится улучшить технологии переработки ПЭТ. Сотрудничество с Zhink Group и CARBIOS расширит возможности разработки продукции и технологических возможностей Wankai, направив производственные процессы в сторону экологически чистых методов и увеличив темпы переработки отработанного ПЭТ.

3. Использование ферментной технологии для бесконечной переработки пластика

Компания Samsara Eco в партнерстве с Австралийским национальным университетом (ANU) разработала биотехнологию, которая использует ферменты для расщепления пластика до его исходной структуры. Этот прорыв повышает эффективность переработки, при этом показатели деградации и повторного использования значительно превосходят традиционные методы. Новые произведенные пластики соответствуют высоким стандартам качества, что делает их конкурентоспособными на рынке.

Компания Samsara Eco планирует создать предприятия по переработке в Юго-Восточной Азии для переработки миллионов тонн пластиковых отходов, включая текстиль и упаковочные материалы, с целью продвижения «бесконечной переработки» к концу 2026 года.

4. Объединение ИИ и биотехнологий для стимулирования переработки пластиковых отходов

Недавние инновации, объединяющие искусственный интеллект (ИИ) с биотехнологиями, привели к значительным прорывам в переработке пластиковых отходов. Процесс Biopure™ от Protein Evolution является примером этих достижений, превращая текстильные и пластиковые отходы в бесконечно многоразовые ресурсы.

Технология Protein Evolution, разработанная для создания десятков миллионов эффективных ферментов, эффективно разлагает пластиковые отходы, способствуя круговороту пластика. Компания сотрудничает с Basecamp Research для разработки новых ферментов, способных разлагать сложные химические цепи, такие как полиуретан и нейлон, что значительно повысит эффективность переработки различных пластиков и текстиля.

Заключение

Благодаря продолжающимся исследованиям микроорганизмов и ферментов для биологической переработки эта технология готова играть все более значимую роль в будущей переработке и повторном использовании пластика. Wankai New Materials Co., Ltd. стремится к устойчивому развитию ПЭТ и активно изучает прорывы в технологиях переработки ПЭТ, включая ферментативную переработку. Двигаясь вперед, Wankai стремится поставлять более экологичные материалы из ПЭТ-полиэстера, способствуя устойчивой круговой экономике.