Polypropyleen, een moeilijk te recyclen kunststof, is met succes biologisch afgebroken door twee schimmelstammen in een nieuw experiment onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Sydney.
Polypropyleen is al lang het hoofdkrab-raadsel van recycling. Een veelgebruikt kunststof dat wordt gebruikt voor een breed scala aan producten, van verpakkingen en speelgoed tot meubels en mode. Het is goed voor ongeveer 28 procent van het plastic afval in de wereld, maar slechts 1 procent ervan wordt gerecycled.
Dankzij de inspanningen van onderzoekers van de Universiteit van Sydney heeft het weerbarstige polymeer nu zijn gelijke gevonden. In NPJ Materials Degradation publiceerden zij onlangs hun onderzoek waaruit blijkt dat twee veel voorkomende schimmelstammen in een laboratoriumexperiment in staat waren om polypropyleen met succes biologisch af te breken.
Aspergillus terreus en Engyodontium album, die doorgaans worden aangetroffen in grond en planten, waren in staat polypropyleen af te breken nadat het was voorbehandeld met UV-licht of warmte, waardoor het plastic met 21 procent werd verminderd gedurende 30 dagen incubatie, en met 25-27 procent na 90 dagen.
‘Polypropyleen is een veelgebruikt kunststof dat wordt gebruikt om een grote verscheidenheid aan alledaagse producten te maken, zoals voedselcontainers, kleerhangers en huishoudfolie, maar het heeft een recyclingpercentage van slechts één procent, wat betekent dat het wereldwijd oververtegenwoordigd is in plastic afval en vervuiling’, zei de hoofdauteur van de studie van de School of Chemical and Biomolecular Engineering van de Universiteit van Sydney, promovendus Amira Farzana Samat.
De onderzoekers hopen dat hun methode op een dag de enorme hoeveelheid plastic die het milieu vervuilt, kan verminderen en kan leiden tot een beter begrip van hoe plasticvervuiling onder bepaalde omstandigheden op natuurlijke wijze biologisch kan worden afgebroken.
‘Plasticvervuiling is verreweg een van de grootste afvalproblemen van deze tijd. Het overgrote deel ervan wordt niet voldoende gerecycled, wat betekent dat het vaak in onze oceanen, rivieren en op stortplaatsen terechtkomt. Er wordt geschat dat er zich 109 miljoen ton plasticvervuiling heeft opgehoopt in rivieren over de hele wereld en dat er nu 30 miljoen ton in de oceanen zit. Bronnen schatten dat dit binnenkort de totale massa aan vissen zal overtreffen’, zei mevrouw Samat.
De onderzoekers zeggen dat polypropyleen zo weinig wordt gerecycled vanwege de korte levensduur als verpakkingsmateriaal en omdat het vaak vervuild raakt door andere materialen en kunststoffen. Hierdoor zijn nieuwe recyclingmethoden nodig die een minimale impact hebben op het milieu.
De promotor van mevrouw Samat, professor Ali Abbas van de School of Chemical and Molecular Engineering en Chief Circular Engineer bij Circular Australia zei: ‘Ondanks de massale schaal van kunststofproductie en -consumptie is er heel weinig aandacht besteed aan de afbraak van plastic onder omgevingsomstandigheden. Ons begrip van hoe kunststoffen kunnen worden afgebroken is beperkt. Een grote vraag die ons onderzoeksresultaat oproept, is: wat zijn de natuurlijke omstandigheden die de afbraak van kunststoffen kunnen versnellen? We proberen de rol van biologische processen van schimmels en andere micro-organismen verder te onderzoeken.’
Professor Dee Carter, een expert in mycologie (de studie van schimmels) aan de School of Life and Environmental Sciences en co-auteur van de studie zei: ‘Schimmels zijn ongelooflijk veelzijdig en het is bekend dat ze vrijwel alle substraten kunnen afbreken. Deze superkracht is te danken aan hun productie van krachtige enzymen, die worden uitgescheiden en gebruikt om substraten af te breken tot eenvoudigere moleculen die de schimmelcellen vervolgens kunnen opnemen.
Vaak zijn deze schimmels geëvolueerd om houtachtige materialen af te breken, maar dit vermogen kan worden hergebruikt om andere substraten aan te vallen. Dit is de reden waarom we schimmels vinden die groeien op allerlei door de mens gemaakte materialen zoals tapijten, geverfde meubels, tegelvoegen, douchegordijnen, stoffering en zelfs koplampen van auto’s.’
‘Recente studies suggereren dat sommige schimmels zelfs enkele van de “voor altijd chemicaliën” zoals PFAS kunnen afbreken, maar het proces is traag en wordt nog niet goed begrepen. Er zijn ook aanwijzingen dat de hoeveelheid plastic die zich in de oceaan heeft opgehoopt, kleiner is dan verwacht zou kunnen worden op basis van productie- en verwijderingsniveaus, en er wordt gespeculeerd dat een deel van dit “ontbrekende” plastic mogelijk is aangetast door zeeschimmels.’
Hoe het proces werkt
Polypropyleen in verschillende vormen werd aanvankelijk behandeld met een van de drie afzonderlijke methoden: ultraviolet licht, warmte en Fenton’s reagens – een zure oplossing van waterstofperoxide en ferro-ijzer die vaak wordt gebruikt om verontreinigingen te oxideren.
In een petrischaal werden de schimmels afzonderlijk als enkele culturen aangebracht op behandeld polypropyleen. De validiteit van de biologische achteruitgang werd vervolgens bevestigd door middel van microscopietechnieken. Hoewel het onderzoek niet evalueerde hoe het plastic werd afgebroken door de schimmels of dat het werd gemetaboliseerd, hopen de onderzoekers verder onderzoek te doen om te bepalen welk type biochemische processen er plaatsvinden.
Volgende stappen
Professor Abbas is van mening dat het lage percentage van plasticrecycling wereldwijd een ‘enorme plastic circulariteitskloof’ veroorzaakt: ‘We moeten de ontwikkeling ondersteunen van ontwrichtende recyclingtechnologieën die de circulariteit van plastics verbeteren; vooral die technologieën die worden aangedreven door biologische processen zoals in onze studie. Het is belangrijk op te merken dat onze studie nog geen optimalisatie van de experimentele omstandigheden heeft doorgevoerd, dus er is voldoende ruimte om deze afbraaktijd verder te verkorten.’
De onderzoekers zullen nu onderzoeken hoe de algehele efficiëntie bij het afbreken van polypropyleen kan worden verbeterd voordat investeringen worden gezocht om de technologie op te schalen en een kleinschalig proefprototype voor commercialisering te ontwikkelen.
Sinds de voltooiing van het onderzoek heeft het team andere micro-organismen uit het mariene milieu geïsoleerd en een soortgelijk proces gebruikt om plastic afval in zee af te breken, waarbij voorlopige resultaten een nog hogere afbraak laten zien.
Mevrouw Samat zei: ‘We zijn hier behoorlijk enthousiast over en zijn gaan kijken naar verschillende manieren om het afbraakproces met behulp van deze micro-organismen te verbeteren. Hou ons in de gaten.’