Οι θάλασσες και οι παραλίες μας έχουν γεμίσει πλαστικά όλων των ειδών και των μεγεθών. Οπου κι αν γυρίσουμε το βλέμμα η εικόνα αυτή μας πληγώνει. Περίπου 20 μεγατόνοι πλαστικού πέφτουν κάθε χρόνο στο παγκόσμιο υδάτινο περιβάλλον, σύμφωνα με τον ΟΗΕ. Από τη δεκαετία του 1950 έχουν παραχθεί περίπου 8,3 δισ. τόνοι πλαστικού, το 60% έχει καταλήξει σε χώρους υγειονομικής ταφής ή στη φύση. Τα προγράμματα ανακύκλωσης πλαστικού αντιμετωπίζουν μεγάλα προβλήματα. Υπάρχουν άλλες απαντήσεις;
Η μέθοδος της βιοδιάσπασης υπερέχει σε σχέση με τη χημική ανακύκλωση, καθώς παράγονται πιο «καθαρά» σκευάσματα.
Θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε μύκητες, «εκπαιδευμένους» από τη φύση, για να αποδομήσουμε τα πλαστικά και να δημιουργήσουμε νέα υλικά; Πώς οι πιο σύγχρονες εφαρμογές της βιοτεχνολογίας μπορούν να «συναντηθούν» και να αξιοποιήσουν την αιώνια πείρα της φύσης και αρχέγονους οργανισμούς; Η ομάδα Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας και Βιοκατάλυσης (IndBioCat) στη Σχολή Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της καινοτομίας για την αντιμετώπιση ενός από τα πιο καυτά περιβαλλοντικά προβλήματα.
«Η διαχείριση των πλαστικών αποβλήτων δεν είναι καθόλου εύκολη υπόθεση. Η ταφή και η καύση προκαλούν περιβαλλοντικές συνέπειες, ενώ και η ανακύκλωσή τους δεν είναι κάτι απλό, ούτε χωρίς επιπτώσεις. Κατ’ αρχάς τα πλαστικά προϊόντα αποτελούνται από δύο και περισσότερους τύπους πλαστικών. Τα πλαστικά απόβλητα συλλέγονται όλα ενιαία και ο διαχωρισμός με βιομηχανικές μεθόδους αντιμετωπίζει μεγάλες δυσκολίες. Το αποτέλεσμα είναι, μετά την ανακύκλωση, να προκύπτουν συχνά προϊόντα με προσμείξεις που δεν είναι εύκολο να χρησιμοποιηθούν. Γι’ αυτό, δυστυχώς, μεγάλο μέρος από τα πλαστικά προϊόντα που ρίχνονται στους κάδους ανακύκλωσης καταλήγουν για ταφή στους ΧΥΤΑ. Ακόμη και έπειτα από προσεκτική διαλογή, η μηχανική ανακύκλωση συνήθως αποδίδει προϊόντα κατώτερης ποιότητας, δηλαδή αντί για re-cycling έχουμε down-cycling», λέει στην «Κ» ο Ευάγγελος Τόπακας (φωτ.), καθηγητής στον τομέα της Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας στη Σχολή Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ και επικεφαλής της ομάδας IndBioCat. Η ομάδα αναζητεί άλλους δρόμους, με μεθόδους βιολογικής διάσπασης και αναβάθμισης (up-cycling) των πλαστικών αποβλήτων. Πώς;
Η μέθοδος
«Εχουμε παρατηρήσει πως υπάρχουν ειδικοί μικροοργανισμοί στη φύση, μύκητες και βακτήρια, που αποδομούν τα σάπια φύλλα, τη σάπια βιομάζα. Για να το πετύχουν αυτό οι μύκητες χρησιμοποιούν ένζυμα. Εμείς με χρήση βιοπληροφορικής βρίσκουμε τα ένζυμα που είναι χρήσιμα για τη διάσπαση των πλαστικών ή και για άλλες λειτουργίες, κι έχουμε τη δυνατότητα να τα αναπαράγουμε μέσα σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα μικροβιακής ανάπτυξης, που ονομάζονται βιοαντιδραστήρες», σημειώνει ο κ. Τόπακας. «Μάλιστα, καθώς αυτά τα ένζυμα από βακτήρια ή μύκητες έχουν “εκπαιδευθεί” μέσα στη φύση, μπορούμε να βρούμε αυτά που διασπούν συγκεκριμένα είδη πλαστικών κι έτσι να πετύχουμε πιο καθαρά ανακυκλωμένα σκευάσματα. Διαπιστώσαμε, για παράδειγμα, πως ο σαπροφυτικός μύκητας Fusarium oxysporum που τρώει την ντομάτα, αποδομεί και το πλαστικό. Βρήκαμε κάποια ένζυμα που έχουν τη δυνατότητα να διασπούν τον πολυτερεφθαλικό αιθυλεστέρα, το γνωστό PET, από το οποίο γίνονται τα πλαστικά μπουκάλια», εξηγεί ο καθηγητής της Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας. Στο εργαστήριο της ομάδας IndBioCat το πλαστικό μπουκάλι γίνεται σκόνη, έτσι ώστε να σπάσουν τα μακρομόρια και να είναι πιο εύκολη η αποδόμησή τους. Στη συνέχεια, η σκόνη μπαίνει σε αντιδραστήρα με παρουσία ενζύμων, τα οποία σπάνε τα πολυμερή, λαμβάνοντας καθαρά μονομερή όπως τερεφθαλικό οξύ και αιθυλενογλυκόλη.
Σε τι υπερέχει η μέθοδος της βιοδιάσπασης σε σχέση με τη χημική ανακύκλωση; «Κατ’ αρχάς, γίνεται σε πολύ πιο ήπιες συνθήκες, χωρίς ανάγκη υψηλών θερμοκρασιών, που οδηγεί σε υψηλές απαιτήσεις για χώρους, ενέργεια κ.λπ. Επίσης, δεν χρησιμοποιούνται σκληρά χημικά, καταλύτες, που έχουν αρνητικές συνέπειες. Τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό πλεονέκτημα αποτελεί η εξειδίκευση που παρουσιάζουν τα ένζυμα από τη φύση τους, με αποτέλεσμα να διασπούν στοχευμένα τα πλαστικά για τα οποία είναι σχεδιασμένα, αφήνοντας ανέπαφες τις προσμείξεις από άλλους τύπους πλαστικών, δίνοντας έτσι ένα υδρόλυμα με υψηλής ποιότητας μονομερή που επιτρέπουν τον επαναπολυμερισμό τους. Ακόμα, μέσω των βιοτεχνολογικών μεθόδων εργαζόμαστε για να πάρουμε από την ανακύκλωση αναβαθμισμένα υλικά, να κάνουμε δηλαδή up-cycling. Κατ’ αρχάς, να πάρουμε βιοπλαστικά πλήρως βιοδιασπώμενα, γιατί αυτά που κυκλοφορούν δεν είναι», εξηγεί ο κ. Τόπακας.
Η ομάδα IndBioCat συλλέγει υλικό για να βρει τους κατάλληλους μικροοργανισμούς και τα ένζυμά τους για την αξιοποίηση αγροτικών παραπροϊόντων, όπως υπολείμματα άχυρου και πίτουρου από σιτάρι, καθώς και από υπολείμματα καλαμποκιού, κάτι που έχει προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον από εταιρείες ζωοτροφών στις ΗΠΑ, που έχουν μεγάλες καλλιέργειες καλαμποκιού. «Ηδη έχουμε το δεύτερο συμβόλαιό μας με αμερικανική εταιρεία», λέει ο κ. Τόπακας με ικανοποίηση. Η ερευνητική ομάδα αξιοποιεί «άχρηστη» βιομάζα, «εφαρμόζουμε δηλαδή κυκλική οικονομία δίνοντας βιώσιμες λύσεις με έντονο βιομηχανικό ενδιαφέρον».
Βιοενέργεια
Αλλά δεν μένουν εκεί. Αξιοποιώντας τα γεωργικά υπολείμματα η ερευνητική ομάδα του κ. Τόπακα παράγει βιοενέργεια και νέα υλικά. Χρησιμοποίησαν αγροτική υπολειμματική βιομάζα για να ανακτήσουν ωμέγα-3 λιπαρά οξέα από καλλιέργειες μικροφυκών. Στο πλαίσιο του έργου ΑΜΑΛΘΥΑ, που ολοκληρώθηκε πρόσφατα, χρησιμοποιώντας άχυρο σίτου παρήγαγαν ωμέγα-3 λιπαρά οξέα, προκαλώντας αποδόμηση μέσω ενζύμων και στη συνέχεια ζύμωση με φύκη C. cohnii.
«Η αξιοποίηση των γεωργικών υπολειμμάτων για την παραγωγή προϊόντων προστιθέμενης αξίας συγκεντρώνει αυξανόμενο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια. Υπάρχει μια άφθονη πηγή βιολογικά προερχόμενου άνθρακα, που σήμερα υποτιμάται. Η αξιοποίησή του θα μπορούσε να οδηγήσει σε απεξάρτηση από τον ορυκτό άνθρακα, που έχει βαριές συνέπειες σε κλίμα και περιβάλλον», υπογραμμίζει ο κ. Τόπακας.
Στο νέο έργο TwInn4MicroUp, που υλοποιεί η ομάδα IndBioCat, επιδιώκεται η δημιουργία μιας ευρείας γκάμας προϊόντων, όπως αντιβακτηριακά, αντιιικά, αντικαρκινικά, αντιμυκητιασιακά και πολλά άλλα. Η ερευνητική ομάδα των Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ φιλοδοξεί να γίνει πρωτοπόρα στη μετατροπή των πλαστικών απορριμμάτων σε βιοχρωστικές ουσίες επόμενης γενιάς, βιοθεραπευτικά, βιοδιατροφικά, βιοεπιφανειοδραστικά και άλλα βιοϋλικά. Με στόχο τη μείωση χρήσης του πλαστικού, η επιδίωξη δεν είναι απλά η ανακύκλωσή του, αλλά η δημιουργία νέων υλικών με αναβάθμιση (up-cycling).
