Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Akihiko Nakamura von der Universität Shizuoka hat ein bahnbrechendes Enzym, PET2-21M, entwickelt, das das Recycling von PET-Flaschen und Mischfasern bei moderaten Temperaturen erheblich verbessert. Die in ACS Sustainable Chemistry & Engineering veröffentlichte Studie bietet eine nachhaltige Lösung für die globale Plastikmüllkrise, insbesondere für schwer recycelbare Materialien wie PET/Baumwolle- und PET/Polyurethan-Mischfasern.
PET (Polyethylenterephthalat), ein weit verbreiteter Kunststoff in Flaschen und Textilien, stellt aufgrund der ineffizienten mechanischen Recyclingverfahren und der Umweltbelastung durch chemisches Recycling eine Herausforderung dar. Das neue Enzym PET2-21M, entwickelt durch gezielte und zufällige Mutagenese, zeigt eine 28,6-fach höhere Abbauaktivität im Vergleich zum ursprünglichen PET2-Enzym. In großtechnischen Tests depolymerisierte PET2-21M etwa 95 % von PET-Flaschenpulver (20 g/L) innerhalb von 24 Stunden bei 60 °C, während das Referenzenzym LCC-ICCG bei 72 °C nur 91 % erreichte. Selbst bei reduzierten Enzymmengen und höheren Substratkonzentrationen übertraf PET2-21M die Konkurrenz.
Die Variante PET2-14M-6Hot zeigte zudem beeindruckende Ergebnisse beim Abbau von Textilmischungen. Bei 60 °C erzielte sie eine 1,4-fache Verbesserung gegenüber LCC-ICCG bei reinen PET-Fasern und produzierte bei PET/Baumwolle-Mischungen 62,8 mM Abbauprodukte gegenüber 46,7 mM. Bei PET/PU-Mischungen und niedrigeren Temperaturen (50 °C) verdoppelte PET2-14M-6Hot die Leistung des Referenzenzyms.
Die großtechnische Produktion der Enzyme in der Hefe Komagataella phaffii erreichte hohe Ausbeuten, etwa 691 mg/L für PET2-14M-6Hot, was die industrielle Anwendbarkeit unterstreicht. Diese Fortschritte ermöglichen ein energieeffizientes Recycling bei moderaten Temperaturen, reduzieren Kosten und fördern eine Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe.
Die Ergebnisse sind ein bedeutender Schritt hin zu einer nachhaltigen Lösung für PET-Abfälle. Zukünftige Forschungen zielen darauf ab, die Effizienz bei noch niedrigeren Temperaturen und bei komplexen Mischmaterialien weiter zu steigern, um die industrielle Anwendung zu erleichtern.
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Akihiko Nakamura
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