Natuur op plastic dieet

Recyclen met de hulp van micro-organismen

Door Esmée Janssen, 6 april 2022

Afgelopen najaar opende in Frankrijk het allereerste  afvalverwerkingsbedrijf die gebruik maakt van plastic afbrekende enzymen uit schimmels. Deze methode is revolutionair doordat de enzymen het plastic weer omzetten naar de bouwblokken waarvan het gemaakt wordt. Van deze bouwblokken kan je weer opnieuw plastic produceren. Zo hebben we dus een duurzame manier om plastic af te breken en het opnieuw te produceren. Deze plastic afbrekende enzymen lijken dus een veelbelovende oplossing van het huidige plastic probleem.

Jaarlijks wordt er bijna 400 miljoen ton plastic geproduceerd. Grote hoeveelheden plastic komen terecht in de natuur. Echter kunnen we tegenwoordig in de natuur ook allerlei organismen vinden die dit plastic kunnen afbreken. Er zijn schimmels, bacteriën en zelfs wormen gevonden die plastic in hun dieet hebben verwerkt. Deze plastic afbrekende soorten worden ook wel plastivoren genoemd.

Om plastic te kunnen afbreken gebruiken plastivoren enzymen. Enzymen breken de grote polymeren waaruit plastic is opgebouwd af naar kleinere deeltjes. Voor alle soorten plastic is er al wel een enzym gevonden die het kan afbreken; variërend van plastic tasjes tot wat we in onze matrassen stoppen. Sommige plastics zijn wel gemakkelijker af te breken dan andere. Hoe ingewikkeld het afbreekproces is, hangt af van de samenstelling van het plastic. Zo is je plastic flesje bijvoorbeeld gemakkelijker af te breken dan je plastic tasje.

Plastivoren waren er niet altijd, maar zijn over de tijd ontstaan samen met de opkomst van plastic. Waarschijnlijk gaan er alleen maar meer plastic afbrekende organismen komen in de natuur. Dat is althans de verwachting van Jo-Anne Verschoor, onderzoeker aan de Universiteit van Leiden. Jo-Anne doet onderzoek naar plastic afbrekende enzymen en heeft daar zelfs in 2020 de Unilever onderzoeksprijs voor gewonnen. Volgens Jo-Anne is de kans groot dat er organismen gaan ontstaan die plastic nog veel sneller en beter kunnen afbreken dan ze nu doen. Dit komt doordat we plastic nog maar in echt grote hoeveelheden gebruiken voor zo’n 70 jaar. Al denkt ze ook dat we onderschatten hoeveel soorten er nu al zijn die plastic kunnen afbreken, aangezien we maar 1% van alle micro-organismen echt goed kunnen onderzoeken in het lab.

We kunnen het ontstaan van deze plastivoren in ons voordeel gebruiken. Momenteel zitten we met zo’n 150 miljoen ton plastic afval in onze oceanen en geen goede manier om dit af te kunnen breken. Al het plastic dat in de natuur rondzwerft wordt langzaam afgebroken tot hele kleine plastic deeltjes genaamd microplastics. De microplastics komen vervolgens in ons eigen drinkwater terecht. Momenteel hebben we geen goede methode om deze kleine plastic deeltjes uit het water te zuiveren. Als we de plastivoren zouden inzetten in een wateringszuivering installatie, dan kunnen we alle microplastics uiteindelijk uit het water filteren.

Daarnaast zouden we binnen afvalverwerkingsbedrijven de plastivoren kunnen gebruiken om ons afval op te ruimen. Met de enzymen van de plastivoren kunnen we plastic afbreken tot de bouwblokken waarvan het gemaakt is. Hiervan kunnen we dus opnieuw plastic produceren. Met dit zogenaamde enzymatische recyclen heb je dus een circulaire economie, waarbij we geen nieuwe grondstofvoorraden uitputten. Heel duurzaam dus!

“Ik geloof in veel opzichten dat micro-organismen, of überhaupt de natuur, ons antwoord zou kunnen zijn.” – Jo-Anne

Het verkrijgen van een volledig circulaire economie is baanbrekend binnen de plastic recycling. “Tot nu toe zijn alle oplossingen mechanisch of chemisch, wat lagere kwaliteit producten oplevert, duur is en veel energie kost” aldus Jo-Anne. Momenteel recyclen we het meeste plastic door middel van mechanisch recyclen. Bij mechanisch recyclen wordt plastic eerst fijngemalen en vervolgens gesmolten tot kleinere stukjes. Bij chemisch recyclen wordt een chemische reactie gebruikt om het plastic af te breken. Een groot voordeel van een enzymatische afbraakmethode is dat het niet resulteert in het zogenaamde downcycling zoals de huidige recycling methodes doen.

Het enzymatisch recyclen staat echter nog wel erg in de kinderschoenen. Het is momenteel nog erg lastig om het op een grote schaal op te zetten. De enzymen zijn op het moment nog niet efficiënt genoeg om veel plastic in korte tijd om kunnen te zetten. Mechanisch kunnen we op het moment gewoon nog veel meer omzetten dan enzymatisch, dus helaas kan het momenteel nog niet concurreren met de huidige methodes.

Daarnaast is het recyclen van plastic door middel van enzymen momenteel ook nog niet zo kosten effectief als het produceren van plastic uit nieuwe grondstof. Er zijn wel manieren om het effectiever te maken. Hier is Jo-Anne druk mee bezig in haar onderzoek. Dit doet ze bijvoorbeeld door te onderzoeken wat de optimale omstandigheden zijn voor de enzymen die de plastivoren uitscheiden. Ook zoekt ze naar nieuwe enzymen die meerdere plastic soorten tegelijk af kunnen breken. Bovendien zijn de meeste plastics nu uit olie gemaakt. Als de olieprijzen blijven stijgen en we het enzymatisch recyclen steeds productiever maken, dan kunnen we in de toekomst mogelijk ook qua kosten concurreren met het huidige beleid.

Het enzymatische recyclen ziet er dus veelbelovend uit. Maar we moeten blijven investeren in meer onderzoek naar enzymatische recycling om het te optimaliseren. Het onderzoeksveld is nog erg jong en er liggen dus nog veel mogelijkheden van verbetering. Wel worden al veel stappen in de goede richting gemaakt. Zo wist het Franse bedrijf Carbios als allereerste enzymatische recycling op een grote industriële schaal toe te passen. Als we de techniek blijven onderzoeken en optimaliseren, dan zien we wellicht wel meer bedrijven zoals Carbios ontstaan in de toekomst.

Bronnen

Artikelen:

Carbios. (2022). Carbios to build in France its first-of-a-kind manufacturing plant for fully bio-recycled PET in partnership with Indorama Ventures. Retrieved 20 March 2022, from https://www.carbios.com/en/carbios-to-build-in-france-its-plant/

Carbios. (2021). Carbios launches industrial demonstration plant for its unique enzymatic recycling technology. Retrieved 20 March 2022, from https://www.carbios.com/en/carbios-annonce-le-demarrage-de-son-demonstrateur-industriel-exploitant-sa-technologie-unique-de-recyclage-enzymatique-c-zyme/

Danso, D., Chow, J., & Streit, W. R. (2019). Plastics: environmental and biotechnological perspectives on microbial degradation. Applied and environmental microbiology, 85(19), e01095-19.

Faraca, G., & Astrup, T. (2019). Plastic waste from recycling centres: Characterisation and evaluation of plastic recyclability. Waste Management, 95, 388-398.

Othman, A. R., Hasan, H. A., Muhamad, M. H., Ismail, N. I., & Abdullah, S. R. S. (2021). Microbial degradation of microplastics by enzymatic processes: a review. Environmental Chemistry Letters, 19 (4), 3057-3073.

Stubbins, A., Law, K. L., Muñoz, S. E., Bianchi, T. S., & Zhu, L. (2021). Plastics in the Earth system. Science, 373(6550), 51-55.

Thiyagarajan, S., Maaskant-Reilink, E., Ewing, T. A., Julsing, M. K., & van Haveren, J. (2022). Back-to-monomer recycling of polycondensation polymers: opportunities for chemicals and enzymes. RSC Advances, 12 (2), 947-970.

Verschoor, J.A., Kusumawardhani, H., Ram, A.F., & De Winde, J.H. (2022). Towards microbial recycling and upcycling of plastics: prospects and challenges. Frontiers in Microbiology, 701.

Yuan, J., Ma, J., Sun, Y., Zhou, T., Zhao, Y., & Yu, F. (2020). Microbial degradation and other environmental aspects of microplastics/plastics. Science of the Total Environment, 715, 136968.

Zrimec, J., Kokina, M., Jonasson, S., Zorrilla, F., & Zelezniak, A. (2021). Plastic-degrading potential across the global microbiome correlates with recent pollution trends. MBio, 12 (5), e02155-21.