对付塑料污染，24小时内降解塑料或是个好办法

塑料污染的问题日益严峻。自上世纪50年代以来,全球塑料产量几乎每年都在增加,在2020年达到了3．67亿吨之巨。全球塑料年产量最近已超过3．8亿吨。但是,大部分塑料在完成使命之后,却没有得到妥善的处理,在每年产生的2．5亿吨塑料废物中,只有60%被收集。

而塑料废物如果得不到妥善处理,就会不可避免地进入环境中。塑料污染广泛分布于海洋、河流、湖泊和农田,据估计,海洋废弃物中的塑料比例已经达到92．4%。并且,塑料大都有较长的降解周期,因此其能通过食物链进入自然生态系统,进行生物积累,进而会对生态环境和人类健康构成严重威胁。

因此,塑料污染作为一个严重的环境问题,而且是一个每年都在继续恶化的环境问题,亟待人们的重视。其中,减少塑料污染的关键一步,是对塑料的处理。根据塑料降解的机理,降解方法可分为光热降解,臭氧诱导降解,催化降解和生物降解。

就催化降解来看,塑料是一种高分子量聚合物,不易被环境中的生物体吸收和利用。因此,微生物分泌的胞外酶可以打破聚合物中的化学键,将其转化为短链或更小的分子,从而促进其被微生物吸收和利用,一旦塑料的化学键被胞外酶分解,短链或小分子就会被胞内酶处理,最终转化为微生物可以利用的碳源。

而近日,据NewAtlas报道,来自得克萨斯大学的科学家们又宣布利用机器学习设计出了一种新型速效酶,这种酶可以在短短24小时内降解某些形式的塑料,其稳定性使其非常适合大规模采用。

此次研究的启发来自于2016年,日本的研究人员发现了一种细菌,该细菌利用酶在几周内就能分解PET塑料。这些酶的一个工程版本被称为PET酶,进一步提高了性能。

不过,PET酶并不是完美的——PEYT酶不能在低温和不同的pH值范围内很好地发挥作用,缺乏直接处理未经处理的塑料垃圾的有效性,以及反应速度缓慢。

为了解决这些问题,该团队开发了一个机器学习模型,可以预测PET酶中的哪些突变会赋予它这些能力。这涉及到密切研究一系列PET塑料产品,包括容器、水瓶和织物,然后使用该模型设计和制造一种被称为FAST-PET酶(功能性、活性、稳定和耐受性PET酶)的新的和改进的酶。

研究发现,这种新创造的酶在30至50°C的温度和一系列pH值条件下分解PET塑料的能力非常出色。它能够在一周内几乎完全降解51种不同的未经处理的PET塑料产品,在一些实验中,仅在24小时内就能分解塑料。科学家们还展示了一个闭环的PET回收过程,其中FAST-PET酶被用来分解塑料,然后回收的单体被用来对材料进行化学重组。

由于能够在低温下快速分解消费后的塑料垃圾,研究人员相信他们已经找到了一种便携的、可负担的、能够在工业规模上采用的技术。这项研究已发表在《自然》杂志上。