Egy módosított enzim segíthet újrahasznosítani a régi cipőtalpakat

Évente hatalmas mennyiségű elhasznált cipő kerül a hulladékba, miközben egyes részeik újrahasznosítása komoly technológiai problémát jelent. Különösen nehéz dolguk van a szakembereknek a sok sportcipő talpában megtalálható poliuretán habbal: az anyagot úgy alakítják ki, hogy tartós és ellenálló legyen, ezek a tulajdonságok azonban az újrahasznosítását is megnehezítik.

Egy európai kutatócsoport most olyan módosított enzimet fejlesztett, amely képes közvetlenül megtámadni a cipőtalpakban használt poliuretán habot. Bár a kísérlet során három nap alatt még csak az anyag 1,4 százalékát sikerült lebontani, a kutatók szerint fontos előrelépés történt: a habot előzetes kémiai kezelés nélkül kezdte bontani az enzim.

Miért olyan nehéz újrahasznosítani a cipőtalpakat?

A poliuretán számos hétköznapi termékben megtalálható. Cipőtalpak mellett matracokban, szivacsokban és épületszigetelésekben is alkalmazzák.

Bizonyos poliuretánok úgynevezett térhálós szerkezetet alkotnak. Ez a szerkezet biztosítja tartósságukat, ugyanakkor megakadályozza, hogy a hagyományos műanyagokhoz hasonlóan egyszerűen megolvasszák, majd új termékké formálják őket.

A probléma mérete sem elhanyagolható. 2022-ben világszerte körülbelül 22 millió tonna poliuretánt gyártottak, ami az akkori globális műanyagtermelés mintegy 5 százalékának felelt meg.

A természetben keresték a megoldást

A kutatásban az Aarhusi Egyetem és a Portói Egyetem szakemberei is részt vettek. A tudósok olyan mikroorganizmusokat kerestek, amelyek műanyaghulladékokkal terhelt környezetben is képesek fennmaradni.

A minták között kenyai hulladéklerakókból és házi komposztból származó anyagok is voltak. A vizsgálatok végül tizenkét ígéretes enzimet azonosítottak.

Az egyik tulajdonsága különösen felkeltette a kutatók figyelmét: körülbelül 68 Celsius-fokig képes megőrizni a szerkezetét. Az ipari alkalmazások szempontjából az enzimek hőstabilitása fontos lehet, ezért a kutatók ezt választották továbbfejlesztésre.

Két apró módosítás nagy változást hozott

A kutatók feltérképezték az enzim térbeli szerkezetét, majd számítógépes szimulációkkal megvizsgálták, hogyan kapcsolódik a poliuretán egyes részeihez.

Összesen 29 módosított változatot készítettek. Végül két aminosav megváltoztatásával sikerült jelentősen javítani a teljesítményét. Egy poliuretánt utánzó modellvegyületen a módosított enzim körülbelül hússzor hatékonyabban működött az eredeti változatnál.

A cél nem egyszerűen a műanyag apró darabokra törése. Az enzim a polimer kémiai kötéseit bontja meg, így olyan kisebb építőelemek szabadulhatnak fel, amelyek megfelelő eljárással később ismét nyersanyagként használhatók.

Ez fontos különbség: egy valódi körforgásos rendszerben nem csupán a hulladék méretét kell csökkenteni, hanem lehetőség szerint értékes alapanyagokat kell visszanyerni belőle.

Valódi cipőtalpon is kipróbálták

A laboratóriumi modell után valódi, cipőgyártáshoz használt poliuretán hab következett. A kutatók 20–25 milligrammos mintákat helyeztek az enzimet tartalmazó oldatba, majd 40 Celsius-fokon három napig kezelték őket.

A legfontosabb körülmény az volt, hogy a habot előtte nem puhították fel és nem vetették alá kémiai előkezelésnek.

Három nap után a módosított enzim a minta 1,4 százalékát bontotta le. Két összehasonlításként használt enzim 0,9, illetve 0,7 százalékot ért el. Elektronmikroszkóppal a kezelt hab felszínén kialakult sérüléseket és bemélyedéseket is megfigyelték.