Des chercheurs développent des micro-organismes pour lutter contre la pollution par les plastiques PET


Des chercheurs développent des micro-organismes pour lutter contre la pollution par les plastiques PET

Les du NREL et de l’ORNL ont mis au une méthode de recyclage du PET en nylon améliorant les performances, précurseur d’autres produits de valeur tels que les vêtements imperméables, les revêtements collants pour ustensiles de cuisine et les pièces de machines résistantes à la chaleur. Crédit : Laboratoire national des énergies renouvelables

Des décharges débordantes aux îles à ordures flottantes dans les océans en passant par les microplastiques dans les régions sauvages reculées, des milliards de tonnes de plastique jeté ont provoqué une crise mondiale de la pollution.

Bien que les soient essentiels à notre quotidienne, ce sont des matériaux durables qui ne sont pas naturellement biodégradables et mettent des décennies voire des siècles à se dégrader dans les décharges ou dans l’environnement naturel. Plus de 82 millions de tonnes de polyéthylène téréphtalate (PET) sont produites chaque année dans le monde pour la fabrication de bouteilles de boissons à usage unique, d’emballages, de vêtements et de tapis et constitue l’une des plus grandes sources de déchets plastiques.

Les scientifiques du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du département américain de l’Énergie (DOE) progressent sur une solution possible aux déchets de PET. Une équipe de recherche collaborative combine la chimie et la biologie pour transformer le PET en un matériau en nylon doté de meilleures propriétés pouvant être utilisé pour créer une gamme plus polyvalente de nouveaux produits.

En collaboration avec le consortium Bio-Optimized Technologies to Keep Thermoplastics out of Landfills and the Environment (BOTTLE), les chercheurs du NREL et les partenaires du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ont développé une bactérie pour transformer le PET déconstruit en blocs de construction pour un produit en nylon supérieur à convertir. Comme décrit dans Tandem Chemical Deconstruction and Biological Upcycling of poly (ethylene terephthalate) to -ketoadip acid par Pseudomonas putida KT2440, récemment publié dans Metabolic Engineering, ces monomères de haute performance peuvent ensuite être recyclés en matériaux et produits plastiques de meilleure qualité, un processus qui connu sous le nom de surcyclage.

« Cette étape de conversion biologique est une partie importante de l’équation qui permet le recyclage du PET et offre la possibilité de convertir des bouteilles en plastique nuisibles à l’environnement en matériaux de production précieux, ce qui nous rapproche finalement d’une économie circulaire à l’échelle », a déclaré le scientifique du NREL. et l’auteur d’articles de magazine Allison Werner.

Une économie circulaire peut prolonger la durée de vie fonctionnelle des molécules afin de produire de nouveaux plastiques, tout en réduisant les déchets, en préservant les ressources et en augmentant l’efficacité. Cela peut aider à fournir des fournitures fabriquées avec moins de matières premières et d’énergie et qui ne finissent pas dans les décharges.

Les chercheurs de BOTTLE étudient comment une gamme de processus chimiques et biologiques peuvent être utilisés pour décomposer les déchets plastiques et les transformer en matériaux recyclables de meilleure qualité. Le projet BOTTLE le plus récent a déconstruit le PET à l’aide d’un processus chimiocatalytique et construit la bactérie Pseudomonas putida KT2440 pour convertir le PET en acide chimique β-cétoadipique (βKA), un élément constitutif du nylon améliorant les performances.

Le NREL et l’ORNL ont travaillé ensemble pour développer la bactérie. L’ORNL a conçu les bactéries pour utiliser un intermédiaire important dans la dégradation du PET, ce qui a permis à l’équipe du NREL de construire une plate-forme complète pour la bioconversion.

Traiter le problème PET

Chaque type de plastique a ses propres propriétés moléculaires, qui peuvent nécessiter différentes méthodes de déconstruction. Le PET peut être décomposé en monomères à l’aide de divers procédés chimiques. Cependant, les processus mécaniques utilisés pour la plupart du recyclage du PET aujourd’hui peuvent aboutir à des produits de qualité inférieure et moins rentables, entraînant de faibles taux de recyclage. Diverses sources montrent qu’actuellement seulement 15 à 35% de toutes les bouteilles en PET trouvent une seconde vie.

Les conversions biologiques en P. putida effectuées par les scientifiques du NREL et de l’ORNL, associées à un processus de glycolyse chimiocatalytique, peuvent créer un produit plus précieux à partir du PET et finalement encourager des taux de récupération plus élevés – ce qui entraîne finalement moins de bouteilles en plastique jetées atteignant l’eau de mer et polluent les montagnes. zones sauvages.

Le matériau extrait par cette technique de déconstruction catalytique et de conversion biologique en tandem offre de meilleures propriétés que les types de nylon courants qu’il est destiné à remplacer, notamment une perméabilité à l’eau inférieure, une température de fusion plus élevée et une température de transition vitreuse plus élevée. Ces avantages en termes de performances élargissent la gamme d’utilisations du matériau, y compris pour les pièces automobiles qui doivent résister à des températures élevées. Une valeur accrue du matériau recyclé pourrait inciter l’industrie à recycler davantage de plastique, ce qui entraînerait une récupération beaucoup plus importante du plastique.

Refuser d’activer la pollution plastique

Alors que cette première percée promet déjà d’élargir les possibilités d’upcycling du PET, les chercheurs affinent encore l’approche. En plus d’optimiser l’interface chimie-biologie, l’équipe évalue plusieurs autres facteurs.

Les flux de déchets de PET post-consommation peuvent contenir des additifs que P. putida peut ne pas être en mesure de dégrader. La caractérisation de ces flux afin d’identifier les produits chimiques présents et le développement de voies métaboliques permettant également la consommation de ces composés sont nécessaires afin de maximiser l’efficacité du processus de bioconversion, d’augmenter les rendements et de traiter de manière globale les déchets plastiques. .

Le succès futur d’une approche en tandem de déconstruction et de valorisation du PET sera finalement déterminé par sa faisabilité technique, son économie et sa compatibilité environnementale combinées. L’équipe du NREL prévoit de réaliser des analyses technico-économiques et des analyses de cycle de vie afin de mieux comprendre les besoins énergétiques des procédés et les émissions de à effet de serre.

« Les plastiques ont révolutionné la vie moderne, mais jusqu’à récemment, la fabrication de plastiques suivait une économie strictement linéaire et est à forte intensité de carbone », a déclaré Gregg Beckham, chercheur principal du NREL, responsable du consortium BOTTLE et auteur principal de l’article du magazine Gregg Beckham. « Les approches circulaires pour résoudre ce problème peuvent réduire notre dépendance au carbone fossile et ainsi réduire les émissions de gaz à effet de serre. Avec une production annuelle de plastique attendue de près de 600 millions de tonnes d’ici 2050, il est maintenant temps d’agir. »

Les efforts de NREL et du consortium BOTTLE, y compris ces nouvelles techniques de déconstruction chimique et de valorisation biologique, seront une tactique cruciale pour contre la crise de la pollution plastique et les défis environnementaux et énergétiques associés au changement climatique.


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Plus d’information:
Allison Z. Werner et al., Tandem Chemical Deconstruction and Biological Upcycling of Poly (éthylène téréphtalate) en acide β-cétoadipique par Pseudomonas putida KT2440, Technologie métabolique (2021). DOI : 10.1016 / j.ymben.2021.07.005

Fourni par le Laboratoire national des énergies renouvelables

Citation: Researchers Develop Microorganisms to Combat PET Plastic Pollution (2021, 14 octobre), consulté le 14 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-microorganisms-tackle-pet-plastic-verschicherung.html

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