Phát triển loại enzyme hoạt động nhanh phân hủy chất thải nhựa trong 24 giờ

Theo dõi MTĐT trên

Các nhà khoa học đã tận dụng công nghệ máy học để tạo ra loại enzyme phân hủy một số dạng nhựa chỉ trong 24 giờ, với độ ổn định rất phù hợp để áp dụng trên quy mô lớn.

Các nhà khoa học đã khám phá tiềm năng của enzym để hỗ trợ tái chế nhựa trong hơn một thập kỷ, nhưng khoảng sáu năm trở lại đây đã chứng kiến một số tiến bộ đáng kể. Vào năm 2016, các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản đã phát hiện ra loại vi khuẩn sử dụng enzym để phân hủy nhựa PET trong vài tuần. Một phiên bản được thiết kế của các enzym này, được gọi là PETase đã cải thiện hiệu suất hơn nữa và vào năm 2020 chứng kiến các nhà khoa học phát triển một phiên bản thậm chí còn mạnh hơn có thể tiêu hóa nhựa PET với tốc độ gấp sáu lần.

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Texas đặt ra để giải quyết một số thiếu sót của các enzym này cho đến nay. Theo các nhà khoa học, việc ứng dụng công nghệ đã bị cản trở do không thể hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp và các khoảng pH khác nhau, thiếu hiệu quả trong việc xử lý trực tiếp rác thải nhựa chưa qua xử lý và tốc độ phản ứng chậm.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm đã phát triển mô hình học máy có thể dự đoán những đột biến nào trong enzyme PETase sẽ mang lại khả năng này. Điều này liên quan đến việc nghiên cứu chặt chẽ một loạt sản phẩm nhựa PET, bao gồm hộp đựng, chai nước và vải, sau đó sử dụng mô hình này để thiết kế, chế tạo một loại enzyme mới và cải tiến có tên FAST-PETase (PETase chức năng, hoạt động, ổn định và chịu được).

Enzyme mới được tạo ra tỏ ra vượt trội trong việc phá vỡ nhựa PET ở nhiệt độ từ 30 đến 50°C (86 và 122°F) và ở một loạt các mức độ pH. Nó có thể phân hủy gần như hoàn toàn 51 sản phẩm PET chưa qua xử lý khác nhau trong khoảng thời gian một tuần và trong một số thí nghiệm đã phân hủy nhựa chỉ trong vòng 24 giờ. Các nhà khoa học cũng đã chứng minh một quy trình tái chế PET vòng kín, trong đó FAST-PETase được sử dụng để phân hủy nhựa, sau đó các monome thu hồi được sử dụng để tái tạo vật liệu về mặt hóa học.

Tác giả nghiên cứu Hal Alper cho biết: “Khi xem xét các ứng dụng làm sạch môi trường, bạn cần một loại enzyme có thể hoạt động ở nhiệt độ môi trường”.

Với khả năng nhanh chóng phân hủy chất thải nhựa sau tiêu dùng ở nhiệt độ thấp, các nhà nghiên cứu tin rằng họ đã đạt được một kỹ thuật di động, giá cả phải chăng và có thể áp dụng trên quy mô công nghiệp. Họ đã nộp bằng sáng chế cho công nghệ này và hy vọng sẽ thấy nó được đưa vào sử dụng tại các bãi rác và khu vực ô nhiễm.

Ông Alper cho biết: “Khả năng là vô tận trong các ngành công nghiệp để tận dụng quy trình tái chế tiên tiến hàng đầu này. Ngoài ngành quản lý chất thải, phát minh này còn cung cấp cho các tập đoàn từ mọi lĩnh vực cơ hội đi đầu trong việc tái chế sản phẩm của họ. Thông qua các phương pháp tiếp cận enzyme bền vững hơn, chúng ta có thể bắt đầu hình dung ra một nền kinh tế nhựa tuần hoàn”.