Impulsar el reciclaje de PET con estándares más altos para experimentos de laboratorio

Por la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes

El PET es uno de los plásticos más utilizados. En principio, las moléculas de PET se pueden descomponer en sus componentes básicos mediante enzimas adecuadas. En la práctica, sin embargo, estos enfoques son difíciles de trasladar a escala industrial. Un nuevo estudio muestra cómo elevar el listón en experimentos de laboratorio podría ayudar a identificar enzimas prometedoras para su ampliación y así acelerar el desarrollo de la degradación enzimática industrial de los plásticos. Crédito: Frank Lennartz / Gert Weber /HZB
Muchas enzimas prometen descomponer el plástico. Pero lo que funciona en el laboratorio a menudo falla a gran escala. Ahora, un nuevo estudio realizado por Gert Weber, HZB, Uwe Bornscheuer, Universidad de Greifswald, y Alain Marty, director científico de Carbios, muestra cómo elevar el nivel de los experimentos de laboratorio podría ayudar a identificar enfoques prometedores más rápidamente. El equipo demostró los nuevos estándares en cuatro enzimas recién descubiertas.

De vez en cuando, los medios informan de importantes avances en el reciclaje del tereftalato de polietileno (PET), gracias a enzimas recientemente descubiertas que descomponen el plástico en sus partes constituyentes. Sin embargo, el primer caso de éxito en el laboratorio académico suele ir seguido del silencio.

El PET representa el 18% de la producción mundial de plástico, lo que lo convierte en uno de los plásticos más importantes en términos de volumen. La empresa de biotecnología Carbios, por ejemplo, planea construir hasta 2025 una planta en el noreste de Francia que pueda reciclar 50.000 toneladas de PET al año. Están interesados en encontrar las mejores enzimas posibles para su instalación industrial y se han dado cuenta de que muchos resultados de la investigación de laboratorio no se pueden transferir a una escala mayor.

“Algunas enzimas funcionan muy bien durante algunas horas en experimentos de laboratorio, pero pierden su actividad muy rápidamente y el sustrato no se degrada por completo”, afirma el experto del HZB Gert Weber. Esto no es un problema en el tubo de ensayo del laboratorio, pero sí lo es cuando se utiliza en un biorreactor grande.

Uwe Bornscheuer y Gert Weber han demostrado junto con la empresa de biotecnología Carbios cómo las nuevas enzimas para la degradación del PET pueden compararse mejor entre sí. La investigación se publica en la revista ACS Catalysis.

“Para permitir una ampliación posterior, muchos parámetros deben estar dentro de un rango estrecho incluso en experimentos de laboratorio, el material de partida debe definirse con precisión y los protocolos de prueba deben estar más estandarizados para evaluar mejor el rendimiento de las enzimas y su aplicación en a escala industrial”, explica Bornscheuer.

Por ello, los investigadores han desarrollado un protocolo de hidrólisis de PET estandarizado que define las condiciones de reacción relevantes para la hidrólisis a mayor escala. En particular se utilizaron dos materiales de PET: por un lado, una lámina de PET definida y, por otro, un granulado de PET procedente de botellas de desecho, como los que utiliza Carbios a escala técnica. Utilizaron estos materiales para probar cuatro enzimas descomponedoras de PET descubiertas recientemente: LCC-ICCG, FAST-PETase, HotPETase y PES-H1L92F/Q94Y.

Al experimentar con este protocolo, descubrieron que dos de estas enzimas, FAST-PETase y HotPETase, eran menos adecuadas para su uso a gran escala, principalmente debido a sus tasas de despolimerización relativamente bajas. PES-H1L92F/Q94Y funcionó mejor. La cuarta candidata, LCC-ICCG, superó con creces a las otras enzimas: LCC-ICCG convierte el 98% del PET en los productos monoméricos ácido tereftálico (TPA) y etilenglicol (EG) en 24 horas.

“Además, pudimos reducir a tres veces la cantidad de enzima necesaria para LCC-ICCG y la temperatura de reacción de 72 a 68°C, lo que hace que el uso de esta enzima sea más económico”, afirma Bornscheuer.

“Deberíamos pensar en aplicaciones industriales ya en nuestra investigación de laboratorio”, afirma Gert Weber. Después de todo, nos enfrentamos a uno de los grandes problemas de nuestro tiempo. Los plásticos se siguen produciendo una y otra vez a partir de materias primas fósiles, las tasas de reciclaje son bajas y hasta ahora se ha tratado principalmente de un “downcycling” hacia una calidad inferior.

Los residuos plásticos se pueden encontrar ahora en todos los cuerpos de agua y suelo y, por tanto, en la cadena alimentaria. Por lo tanto, es urgente avanzar. “Con estas normas podemos hacer algo para separar el trigo de la paja más rápidamente”.

Más información: Grégory Arnal et al, Evaluación de cuatro enzimas degradantes de PET diseñadas teniendo en cuenta aplicaciones industriales a gran escala, ACS Catalysis (2023). DOI: 10.1021/acscatal.3c02922