یک فناوری بازیافت مبتنی بر آنزیم در آستانه تجاری شدن است، اما سؤالات بسیاری در مورد هزینه و مقیاس‌پذیری این استارتاپ باقی مانده است.
به گزارش grist.org ، از زمانی که کارخانه‌ها برای اولین بار تولید پلی‌استر از نفت را در دهه ۱۹۵۰ آغاز کردند، انسان‌ها حدود ۹/۱ میلیارد تن پلاستیک تولید کرده‌اند. محققان تخمین می‌زنند که کمتر از یک دهم از زباله‌های تولید شده از پلاستیک، بازیافت شده است.
زیاله‌هایی وه سوزانده یا انباشت می‌شوند
حدود ۱۲ درصد این زباله‌ها سوزانده و در نتیجه مواد مضری همچون دیوکسین‌ها و سایر مواد سرطان‌زا در هوا آزاد می‌شوند.
مهم‌تر از بقیه، جرمی معادل تعداد حدود ۳۵ میلیون نهنگ آبی، در محل‌های دفن زباله و در محیط طبیعی انباشته شده‌اند.
پلاستیک در اقیانوس‌ها سکونت گزیده و در روده مرغ‌های دریایی و کوسه‌های سفید بزرگ تجمع یافته است.
طبق برخی تحقیقات، پلاستیک از تولید تا دفع، بیشتر از صنعت هوانوردی گازهای گلخانه‌ای منتشر کرده است.

افزایش آلودگی با بازیافت زباله!
به گفته کارشناسان، این مشکل آلودگی بدتر شده است، زیرا حتی سهم کوچکی از پلاستیکی که بازیافت می‌شود، دیر یا زود در اماکن دفن زباله قرار می‌گیرد.
بازیافت متعارف ترمومکانیکی که در آن ظروف قدیمی به صورت تکه‌های آسیاب شده، شسته و ذوب می‌شوند و سپس به شکل محصولات جدید درمی‌آیند، به ناچار محصولاتی تولید می‌کند که شکننده‌تر هستند و دوام کمتری نسبت به ماده اولیه دارند.
در بهترین حالت، مواد یک بطری پلاستیکی ممکن است سه بار قبل از غیرقابل استفاده شدن، بازیافت شوند. آنها به احتمال زیاد به مواد کم‌ارزش‌تری مانند لباس و فرش تبدیل می‌شوند و این مواد در نهایت در محل‌های دفن زباله دفع می‌شوند.

روش جدید یک استارتاپ برای بازیافت
آلن مارتی، مدیر ارشد علمی در Carbios که یک شرکت فرانسوی در حال توسعه جایگزین‌هایی برای بازیافت معمولی است، گفت: «بازیافت ترمومکانیکی بازیافت نیست». او افزود: «در نهایت شما دقیقاً همان مقدار زباله پلاستیکی دارید.»
Carbios در میان گروهی از استارتاپ‌ها است که در تلاش برای تجاری‌سازی نوعی بازیافت شیمیایی به نام depolymerization است. در این روش، پلیمرها مولکول‌های زنجیره‌مانندی که پلاستیک را می‌سازند را به بلوک‌های ساختمان مولکولی بنیادی آنها به نام مونومر تجزیه می‌کند.
سپس آن مونومرها را می‌توان به پلیمرهایی که از نظر خواص فیزیکی به اندازه جدید هستند، مونتاژ کرد. در سطح تئوری، طرفداران این روش می‌گویند، یک بطری پلاستیکی را می‌توان تا پایان زمان به این روش بازیافت کرد.

چالش‌های بازیافت به روش جدید
اما برخی از کارشناسان هشدار می‌دهند که پلیمریزاسیون و سایر اشکال بازیافت شیمیایی ممکن است با بسیاری از مسائل مشابهی روبرو شود که از قبل صنعت بازیافت را آزار می‌دادند. از جمله رقابت پلاستیک‌های ارزان قیمت ساخته شده از مواد اولیه نفت.
آنها می‌گویند که برای مهار موج سیل زباله‌های پلاستیکی در اقیانوس‌ها، آنچه بیش از همه مورد نیاز است، فناوری‌های بازیافت جدید نیست. بلکه مقررات قوی‌تر برای تولیدکنندگان پلاستیک است و انگیزه‌های قوی‌تر برای استفاده از فناوری‌های بازیافت موجود.

تولید پلاستیک بدون نیاز به نفت!
با این حال، Carbios که به دلیل مشارکت‌های بالقوه سودآور شرکت‌ها و تشدید محدودیت‌های اروپایی بر تولیدکنندگان پلاستیک تقویت شده است، چشم‌انداز خود را از اقتصاد چرخه‌ای پلاستیکی پیش می‌برد. این اقتصاد برای تولید پلاستیک‌های جدید نیازی به استخراج نفت ندارد. زیربنای رویکرد این شرکت، فناوری‌ای است که در حوزه بازیافت غیرسنتی باقی مانده است، یعنی آنزیم‌های اصلاح شده ژنتیکی.
آنزیم‌ها واکنش‌های شیمیایی درون موجودات را کاتالیز می‌کنند. به عنوان مثال در بدن انسان، آنزیم‌ها می‌توانند نشاسته را به قند و پروتئین‌ها را به اسیدهای آمینه تبدیل کنند.
در چند سال گذشته، Carbios روشی را پالایش کرده است که از آنزیمی که در یک میکروارگانیسم یافت می‌شود برای تبدیل پلی اتیلن ترفتالات (PET)، یک ماده رایج در منسوجات و بطری‌های پلاستیکی، به مونومرهای تشکیل‌دهنده آن، اسید ترفتالیک و مونو اتیلن گلیکول استفاده می‌کند.

استفاده از آنزیم‌های پلاستیک‌خوار
اگرچه دانشمندان سال‌ها از وجود آنزیم‌های پلاستیک‌خوار اطلاع داشتند و مارتی می‌گوید که Carbios از زمان تأسیسش در سال ۲۰۱۱ روی فناوری بازیافت آنزیمی کار می‌کرد، اما کشفی که شش سال پیش در خارج از یک کارخانه بازیافت بطری در ساکای ژاپن انجام شد، انگیزه‌بخش این پروژه بود.
در آنجا، گروهی به سرپرستی محققان موسسه فناوری کیوتو و دانشگاه کیو، یک گونه باکتری به نام Ideonella sakaiensis را پیدا کردند که هم می‌تواند PET را تجزیه کند و هم از آن برای غذا استفاده کند.
این میکروب دارای یک جفت آنزیم بود که با هم می توانستند پیوندهای مولکولی را که PET را در کنار هم نگه می دارند، بشکنند. در پی این کشف، گروه‌های تحقیقاتی دیگر آنزیم‌های دیگری را شناسایی کردند که قادر به انجام همان کار بودند.

کاربردهای بازیافت آنزیمی
وعده بازیافت آنزیمی به PET محدود نمی‌شود. این رویکرد به طور بالقوه می‌تواند برای سایر پلاستیک‌ها، از جمله پلی‌اورتان، که در فوم، عایق و رنگ استفاده می‌شود، اعمال شود. اما PET شاید گسترده‌ترین فرصت تجاری را ارائه دهد.
PET یکی از بزرگترین انواع پلاستیک‌های تولید شده است که به طور گسترده در بسته‌بندی مواد غذایی و پارچه استفاده می‌شود. بطری‌های نوشیدنی مبتنی بر این ماده، از جمله ساده‌ترین پلاستیک‌ها برای جمع‌آوری و بازیافت به یک محصول قابل فروش هستند.
فن‌آوری‌های پلیمریزاسیون سنتی به جای آنزیم‌ها به کاتالیزورهای معدنی متکی هستند. اما برخی از شرکت‌های بازیافت مواد شیمیایی در تلاش برای تبدیل بازیافت PET به یک مدل تجاری قابل دوام هستند که برخی از آنها حتی با نظارت قانونی مواجه شده‌‎اند.

مزایای روش جدید
با وجود این، مارتی می‌گوید که رویکرد مبتنی بر آنزیم Carbios نسبت به روش‌های پلیمریزاسیون سنتی مزایایی دارد.

آنزیم‌ها از نظر شیمیایی انتخابی‌تر از کاتالیزورهای مصنوعی هستند. یعنی آنها می‌توانند مکان‌های خاصی را روی مولکول‌های خاص هدف قرار دهند. بنابراین می‌توانند محصول خالص‌تری تولید کنند.
به علاوه آنها در دمای نسبتاً پایین راکتور کار می‌کنند و به حلال‌های گران قیمت و خطرناک نیاز ندارند.

معایب روش جدید
با این حال، به طور سنتی، مشکل آنزیم‌ها این است که به کندی کار می‌کنند و می‌توانند تحت گرما بی‌ثبات شوند. در آزمایش‌های اولیه، گاهی اوقات پردازش تنها کسری از یک دسته PET هفته‌ها طول می‌کشید.
در سال ۲۰۲۰، مارتی و همکارانش در Carbios به همراه محققان فرانسوی اعلام کردند که آنزیمی را مهندسی کرده‌اند، به اصطلاح کوتیناز، که به طور طبیعی در میکروب‌هایی یافت می‌شود که برگ‌ها را تجزیه می‌کنند. این آنزیم می‌تواند دماهای گرم‌تر را تحمل کند و تقریباً یک دسته کامل از PET را در عرض چند ساعت به مونومر تبدیل کند.
کشف آنها به طور چشمگیری چشم‌انداز تجاری بازیافت آنزیمی را افزایش داد. حدود ۱۰ ماه بعد، قیمت سهام Carbios در بورس Euronext پاریس حدود ۸ برابر شد.

آزمایش فناوری استارتاپی
سپتامبر گذشته، Carbios آزمایش فناوری خود را در یک مرکز نمایشی در نزدیکی مقر خود در کلرمون‌فران، فرانسه، در غرب لیون آغاز کرد.
PET استفاده شده به صورت تکه‌های نازک و از پیش فرآوری شده که حدود یک پنجم اینچ ضخامت دارند به محل آزمایش رسید.
در یک راکتور ۱۶ فوتی، تکه‌ها با آنزیم‌های کوتیناز، تولید شده توسط شرکت بیوتکنولوژی دانمارکی Novozymes، مخلوط شده و تا دمای ۱۴۰ درجه فارنهایت گرم شدند.
مارتی می‌گوید در روش بازیافت آنها، در عرض ۱۰ ساعت، ۹۵ درصد پلاستیکی که به راکتور تغذیه می‌شود، معادل ۱۰۰ هزار بطری پلاستیکی، می‌تواند به مونومر تبدیل شود. سپس فیلتر، خالص شده و برای استفاده در تولید پلاستیک آماده می‌شود. (۵ درصد باقیمانده که از پلاستیک و ناخالصی‌های واکنش نداده تشکیل شده است، سوزانده می‌شود.)
همانطور که مارتی آن را توصیف می‌کند، محصول نهایی از نظر فیزیکی از مواد مبتنی بر پتروشیمی که برای تولید PET استفاده می‌شود، قابل تشخیص نیست.

همکاری شرکت‌های بزرگ با این استارتاپ!
فناوری بازیافت Carbios توجه برخی از بزرگترین شرکت‌های کالاهای مصرفی جهان را به خود جلب کرده است. نستله، اورئال و پپسی برای تولید بطری‌ها با این استارتاپ همکاری کرده‌اند.
به نظر می‌رسد که همگی آنها قصد دارند پلاستیک بازیافت‌شده با آنزیم را در قفسه‌ها قرار دهند.

نگرانی‌ها در مورد بازیافت آنزیمی
اما کیت بیلی، مدیر سیاست و تحقیقات Eco-Cycle، یک بازیافت کننده مستقر در کلرادو، می‌گوید که در طول ۲۰ سال فعالیت خود در صنعت بازیافت، نسبت به اصلاحات بیوتکنولوژی مانند آنچه توسط Carbios تبلیغ می شود، بدبین شده است.
در حالی که او اذعان می‌کند که با توجه به فوریت مشکل پلاستیک، راه‌حل‌های جدیدی مورد نیاز است، او می‌گوید: «ما سال‌های بیشتری برای کشف این موضوع و زمان انتظار برای فناوری جدید نداریم».
بیلی به سؤالات طولانی در مورد اینکه چگونه بازیافت آنزیمی برای رسیدگی به حجم‌های تجاری مقیاس می‌شود، از جمله سؤالاتی در مورد ردپای انرژی آن و مدیریت آن با افزودنی‌های شیمیایی سمی موجود در بسیاری از پلاستیک‌های مصرفی اشاره می‌کند.
 
اما مارتی معتقد است که فرآیند Carbios در واقع برتر از بازیافت معمولی است. او اضافه کرد که مقایسه بازیافت آنزیمی با فرآیندهای ترمومکانیکی که کیفیت بالایی را تولید نمی‌کنند منصفانه نیست.
در روش قدیمی، محصول بازیافت شده اما در نهایت منجر به همان مقدار زباله می‌شود. با این حال، به گفته او روش جدید نسبت به تولید PET از نفت، به انرژی کمتری نیاز دارد و گاز گلخانه‌ای کمتری آزاد می‌کند. ادعاهایی که توسط تجزیه و تحلیل مستقلی که سال گذشته در آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر ایالات متحده منتشر شد، پشتیبانی می‌شوند. در مورد افزودنی‌ها او می‌گوید که در طی فرآیند پس از واکنش فیلتر شده و سوزانده می‌شوند.
اما سرسخت‌ترین مانع برای Carbios و دیگر امیدواران بازیافت آنزیمی ممکن است یک مانع اقتصادی باشد. بیلی گفت: «ساخت پلاستیک بکر، به ویژه با قیمت پایین نفت، بسیار ارزان است. او افزود: «شما باید بتوانید PET بازیافتی خود را به شرکتی بفروشید که امکان خرید PET را نیز دارد».
آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر در تجزیه و تحلیل خود تخمین زد که مونومرهای PET تولید شده از طریق بازیافت آنزیمی حداقل ۱/۹۳ دلار به ازای هر کیلوگرم قیمت دارند. مونومرهای نفتی بکر از سال ۲۰۱۰ بین ۰.۹۰ تا ۱/۵۰ دلار به ازای هر کیلوگرم بوده است. و اکنون که بسیاری از شرکت‌های سوخت فسیلی مدل های تجاری خود را به سمت تولید پلاستیک سوق می‌دهند، رقابت در بازار برای بازیافت‌های پلاستیکی می‌تواند حتی سخت‌تر شود.
مارتی، با این حال، نسبت به چشم‌انداز شرکت خود خوش بین است. او خاطرنشان می‌کند که قیمت نفت در حال افزایش است و تشدید مقررات در مورد استفاده از سوخت‌های فسیلی در اروپا باعث رقابتی‌تر شدن پلاستیک‌های بازیافتی در اروپا شده است.
چندین غول کالاهای مصرفی علناً متعهد شده‌اند که بیشتر محصولات خود را از مواد بازیافتی تهیه کنند: کوکاکولا متعهد شد تا سال ۲۰۳۰ از مواد بازیافتی برای نیمی از بسته‌بندی‌های خود استفاده کند. یونیلیور نیز قصد دارد تا سال ۲۰۲۵ اتکای خود به پلاستیک را به نصف کاهش دهد.

آیا این امر برای تمام پلیمرها صادق است؟
مارتی گفت: در ابتدا، مطمئناً کمی پرهزینه‌تر خواهد بود. اما ما با تجربه خود هزینه این PET بازیافتی را کاهش خواهیم داد.
ولفانگ استریت، میکروبیولوژیست در دانشگاه هامبورگ، می‌گوید حتی اگر شرکت‌ها با PET به موفقیت تجاری دست یابند، برخی از پلیمرها ممکن است هرگز قابل بازیافت آنزیمی نباشند. او توضیح می دهد که پلیمرهایی مانند پلی وینیل کلراید، که در لوله‌های پی‌وی‌سی استفاده می‌شود، و پلی‌استایرن، که در فوم استایرن استفاده می‌شود، توسط پیوندهای کربن-کربن قدرتمندی که ممکن است برای غلبه بر آنزیم‌ها بسیار محکم باشد، در کنار هم نگه داشته می‌شوند.
این یکی از دلایلی است که بیلی معتقد است سیاست‌های جدید باید در کنار فناوری‌های جدید در رسیدگی به مشکل جهانی زباله‌های پلاستیکی در نظر گرفته شود. او از اقداماتی حمایت می‌کند که تولید پلاستیک‌هایی که سخت بازیافت می‌شوند را محدود می‌کند و نرخ جمع‌آوری موادی مانند PET را بهبود می‌بخشد، موادی مانند PET که می‌توانند با فناوری‌های موجود، هرچند ناقص، بازیافت شوند. بیلی خاطرنشان می‌کند که در حال حاضر از هر ۱۰ بطری PET فقط سه بطری برای بازیافت جمع‌آوری می‌شود. او آن را میوه‌ای کم‌ارزش توصیف می‌کند که «امروز می‌توانیم آن را با فناوری و سیاست‌های اثبات‌شده حل کنیم».