Gli scienziati combinano chimica e biologia per riciclare la plastica mista

Nov 30, 2023

Un processo chimico e biologico tandem che si basa su studi vecchi di decenni sull’ossidazione chimica può essere utilizzato per scomporre una varietà di tipi di plastica. | PowerUp/Shutterstock

I ricercatori hanno sviluppato un modo per trasformare la plastica polimerica mista in un unico prodotto chimico, che potrebbe potenzialmente eliminare la necessità di separare la plastica per tipo prima del riciclaggio.

"La combinazione di processi chimici e biologici è una nuova strategia promettente per la valorizzazione dei rifiuti plastici misti", si legge in un comunicato stampa del NREL.

Il progetto nasce dal consorzio Bio-Optimized Technologies to keep Thermoplastics out of Landfills and the Environment (BOTTLE) e dal National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Gregg Beckham, ricercatore senior presso NREL e capo di BOTTLE, ha affermato nel comunicato stampa che la ricerca è "un potenziale punto di ingresso nella lavorazione della plastica che oggi non può essere affatto riciclata".

La procedura è un processo chimico e biologico in tandem che si basa su studi vecchi di decenni sull’ossidazione chimica, che può essere utilizzata per scomporre una varietà di tipi di plastica. Lo studio lo ha testato su PET, PS e HDPE, ma i ricercatori hanno affermato che potrebbe funzionare anche per PP e PVC. Il team prevede di effettuare ulteriori studi su tali materiali.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Science, con Beckham come autore senior. I coautori erano ricercatori NREL e membri del team BOTTLE del Massachusetts Institute of Technology, dell’Oak Ridge National Laboratory e dell’Università del Wisconsin-Madison.

Kevin Sullivan, ricercatore post-dottorato presso NREL e coautore dell'articolo, ha affermato che il processo utilizza ossigeno e catalizzatori per scomporre le grandi molecole polimeriche.

"Il processo di catalisi chimica che abbiamo utilizzato è solo un modo per accelerare quel processo che avviene naturalmente, quindi invece di degradarsi nel corso di diverse centinaia di anni, è possibile scomporre queste plastiche in ore o minuti", ha affermato Sullivan.

L'ossidazione trasforma PS, PET e HDPE in una "miscela complessa di composti chimici - tra cui acido benzoico, acido tereftalico e acidi dicarbossilici - che richiederebbe separazioni avanzate e costose per ottenere prodotti puri", afferma il comunicato stampa, ma il team BOTTLE ha utilizzato biologia per prendere una scorciatoia.

I ricercatori hanno progettato un microbo del suolo, chiamato Pseudomonas putida, per “incanalare” la miscela di intermedi in poliidrossialcanoati (PHA), una forma di bioplastica biodegradabile, o beta-chetoadipato, che può essere utilizzato per produrre materiali di nylon.

Allison Werner, un'altra coautrice dello studio, ha affermato che il funneling biologico consiste nell'ingegnerizzare la rete metabolica dei microbi "per dirigere il carbonio da un gran numero di substrati verso un singolo prodotto".

"Per fare questo, prendiamo il DNA dalla natura - solitamente da altri microbi - e lo incolliamo nel genoma di Pseudomonas putida", ha detto Werner. "Il DNA viene trascritto in RNA, che a sua volta viene tradotto in proteine ​​che eseguono diverse trasformazioni biochimiche, formando una nuova rete metabolica e, in definitiva, permettendoci di catturare più carbonio e di regolarne la direzione."

In precedenza, gli scienziati avevano utilizzato lo stesso microbo per valorizzare miscele chimiche provenienti dalle pareti cellulari delle piante. Beckham ha sottolineato che i batteri ingegnerizzati non degradano direttamente la plastica.

"Se prendiamo i batteri che usiamo adesso e li combiniamo con il polietilene, i batteri moriranno e la plastica rimarrà lì", ha detto Beckham, motivo per cui è necessario il processo di ossidazione.

Il team di BOTTLE prevede di condurre ulteriori ricerche per comprendere e quantificare tutti gli additivi e i coloranti presenti nella plastica, e una prossima missione NREL sulla Stazione Spaziale Internazionale verificherà se la microgravità migliora il processo.

Lo studio è stato finanziato dall'Advanced Manufacturing Office e dall'Ufficio per le tecnologie bioenergetiche del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.