Bakterije koje jedu sve – rješenje za recikliranje plastike

Plastiku treba prvo pretvoriti u nešto biorazgradivo, a onda uposliti bakterije da to biorazgradivo razgrade u nešto korisno – temelj je novog postupka za recikliranje miješanog plastičnog otpada.

Nenad Raos subota, 19. studenog 2022. u 06:00

Postoji jedan paradoks mikrobiologije, bakteriologije, evolucijske biologije, molekularne biologije, no, ukratko, biologije, da su bakterije – suprotno onom što se obično misli – ne najjednostavniji nego najsloženiji organizmi. Ta tvrdnja proturječi na prvi pogled ne samo teoriji evolucije – koja u evoluciji vidi razvoj prema sve složenijim oblicima života – nego i zdravoj pameti. Bakterijska stanica nema stanične jezgre, a usto je mnogo manja od tjelesne stanice (pa onda nije čudo ono što neki hoće čudom prikazati, da ima više stanica bakterija u našim crijevima nego svih stanica, recimo to tako, u ostatku organizma). Kako?

Stvar je u tome da su tjelesne stanice usko specijalizirane, jer većinu njihovih potreba zadovoljavaju druge stanice, dok baterijska stanica živi sama, prepuštena samoj sebi – ona mora biti sposobna činiti sve što inače čini čitav organizam: nalaziti i metabolizirati hranu, kretati se i (nespolno) razmnožavati. Usto se mora prilagođavati svakom okolišu, svakoj vrsti hrane, pa stoga nas ne bi trebalo čuditi da je metabolizam bakterija mnogo složeniji i raznovrsniji od metabolizma višestaničnih živih bića, da ne kažemo čovjeka. Kvarenje hrane nam zorno pokazuje da se bakterije mogu hraniti svime što može jesti čovjek. Obrat dakako ne vrijedi: nitko se ne slasti sumporom, sumporovodikom, amonijakom, ugljikovim dioksidom ili vodikom, no ni nekim čudnim organskim spojevima kao što je benzojeva ili tereftalna kiselina. Upravo se na tom kolosalnom bakterijskom apetitu temelji nova metoda za recikliranje miješanog plastičnog otpada. Ona je nedavno opisana u časopisu Science, u radu američkih znanstvenika „Mixed plastic waste valorization through tandem chemical oxidation and biological funneling“.

Kako se može naslutiti već iz naslova, američki znanstvenici, autori spomenutog rada nisu hranili bakterije izravno plastikom, nego su plastiku prije toga kemijski pretvorili u nešto što bakterije mogu jesti. Pri tome su se poslužili katalitičkom (auto)oksidacijom, metodom koja se već dugo primjenjuje u kemijskoj industriji. Djelovanjem katalizatora na bazi kobalta i mangana pri visokom tlaku i temperaturi, uz zamjenu otrovnog broma bezopasnim N-hidroksiftalimidom (NHPI), kisik (O2) kida jednostruke veze među ugljikovim atomima i potom se za njih veže prevodeći ih u karboksilne skupine. Tom reakcijom nastaje od polistirena (PS) benzojeva kiselina, od polietilentereftalata (PET) tereftalna kiselina, a od polieteilena visoke gustoće (HDPE) nastaje čitav niz alifatskih dikarboksilnih kiselina, kemijskih spojeva formule HOOC-(CH2)n–COOH, gdje n poprima vrijednost od 4 do 22.

Sve su to vrijedne sirovine za kemijsku industriju, posebice benzojeva i tereftalna kiselina, no – ono što kemičari dobro znaju, a laici smeću s uma – često je teže odvojiti i pročistiti produkte reakcije nego ih dobiti u epruveti (ili tvorničkom pogonu, svejedno). No nije baš svejedno, jer kemičara u laboratoriju nitko ne pita za cijenu, a u tvorničkom pogonu itekako pita. Ukratko: iako su navedeni produkti vrijedne sirovine, njihovo je odvajanje i pročiščavanje preskupo da bi se ekonomski isplatilo.

No što ne mogu filtarske preše i kromatografske kolone mogu bakterije. Kada se plastika kemijski razgradi na rečene produkte, u reakcijsku smjesu treba dodati razrijeđenu natrijevu lužinu da bi se istaložio (i regenerirao) katalizator, potom treba podesiti kiselost i naseliti bakterije. Koje bakterije? Bakterije vrste Pseudomonas putida, čije drugo ime (putida) ukazuje da izazivaju truljenje, drugim riječima da razgradnju organske tvari.

Divlji soj bakterije P. putida hrani se acetatima, benzoatima i dikarboksilnim alifatskim kiselinama (n = 4 – 5), no uz malo genskog inženjerstva znanstvenici su uspjeli uzgojiti bakteriju koja može metabolizirati i kiseline mnogo dužih lanaca, a usto i tereftalnu kiselinu. Rezultat: od svih tih organskih spojeva na kraju su dobili samo ß-ketoadipinsku kiselinu te polimere hidroksi karboksilnih kiselina. Prvi se produkt može reducirati u adipinsku kiselinu, sirovinu za proizvodnju najlona, a drugi se produkt može izravno koristiti jer je riječ o biorazgradivoj plastici.

Pseudomonas putida
Pseudomonas putida

Ono što novi postupak recikliranja miješanog plastičnog otpada čini još privlačnim je da se u drugom, bakterijskom stupnju ne troši energija, štoviše bakterije ne treba ni hraniti, jer im kao izvor energije služe upravo dikarboksilne kiseline. No nije to sve jer će se novi, hibridni (tandem) postupak moći primijeniti, nadaju se autori rada, i za recikliranje drugih vrsta plastike.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 13 znanstveno-popularnih knjiga. Upravo mu se tiska još jedna, „Kemija – muza arhitekture“, koju je napisao u koautorstvu s arhitektom Zvonkom Pađanom.



HI-FI EXPERIENCE WEEK

KEF

Od 28.11. do 16.12. 2022. posjeti našu slušaonu na Zagrebačkom Velesajmu i uživaj u KEF Wireless aktivnim zvučnicima.

Kupi

Hibridno integrirano pojačalo

VINCENT SV-737

Bluetooth, WiFi, 20 Hz - 20 kHz, > 90 dB, 47 kOhm, 590 W, WAV, FLAC, APE, LPCM, MP3, ACC, AC3, WMA, 6 x stereo RCA, 2 x Optical, 2 x Coaxial.

24.999 kn 3.317,94 € Kupi

Wireless podni zvučnici

KEF LS60

Visokokvalitetan streaming, Wi-Fi, Apple AirPlay 2, Google Chromecast, Roon Ready, Bluetooth, Spotify, Tidal, Deezer, 26 Hz - 36 kHz, 111 dB.

49.999 kn 6.636,01 € 52.699 kn Kupi