目前廢塑料的主流回收方式為物理法回收與化學法回收,而生物酶法因其回收高效率、高質量的特點成為產業內外高度關注的新興回收方式。
在《廢塑料新觀察》2月刊中,源天生物科技(天津)有限公司尤生萍、姜綱文、潘鵬程以《2024年全球廢塑料酶解法回收進展》為題發表文章。
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在眾多塑料中,聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是全球使用量最大的塑料品種,年產量超過1億噸;而聚酰胺(PA)塑料是五大通用工程塑料中產量最大、品種最多、用途最廣的塑料,因此生物酶法回收PET和PA具有較大的社會經濟價值。
酶法回收PET的進展
(一)酶法回收PET的技術研究進展
自然界不存在能夠特異性降PET的天然微生物酶,研究人員嘗試利用酯酶和脂肪酶來水解,但因其活性低,只能對PET表面進行修飾,無法降解PET內層,因此科研人員又嘗試利用環境微生物降解PET,篩選合適的降解菌株并從中分離出具有降解活性的微生物酶。
各國在PET塑料降解酶方面均有不同程度的研究,但目前多在實驗室階段,還存在產量低、應用成本高等缺點,距離實際工業生產及規模化使用還有很長的路。以歐盟、日本、韓國為例,具有歐盟投資背景的ENZYCLE項目旨在通過酶回收處理塑料垃圾與微塑料,專注于開發基于酶的創新性解決方案,降解包括PET、PE、PP在內的多種塑料。ENZYCLE項目開發使用的酶包括LCC酶、PHL7酶等,上述酶在降解PET方面顯示出很高的活性,其中PHL7酶可在16小時內降解90%的PET。未來研究人員將繼續努力使酶工藝應用于工業。
日本SyntheticGestalt公司、AsahiQuality and Innovations公司和東京科學研究所聯合啟動了利用下一代人工智能技術回收PET瓶項目,該項目旨在通過AI技術發現新型PET降解酶PETase,已經發現了10種候選酶,驗證了其具備一定的降解功能,目前仍在選擇和改良酶,計劃在2026年開發出適用工業生產用酶。
在韓國科學和信息通信技術部先進生物醫學技術計劃的支持下,慶北大學Kyung-Jin Kim 教授及其團隊與CJ第一制糖合作開發了一種高性能生物催化劑Kubu-P,這種生物酶可有效降解塑料瓶、衣物、外賣包裝和車用腳踏墊等產品中使用的PET塑料。該團隊通過蛋白質工程開發出增強酶Kubu-PM12,在實驗室環境下,0.58克該酶可以在1小時內將1公斤的PET分解45%,在8小時內分解超過90%,在12小時內幾乎完全分解。該項研究成果已于2025年1月發表在《Science》上。
(二)酶法回收PET的市場應用進展:以Carbios和源天生物為例
為提高PET降解酶的穩定性和活性,研究人員利用多學科工程對PET降解酶進行改造,PET生物降解酶技術經歷了較長時間的科學研究才開始走向產業化進程。法國Carbios和中國源天生物科技(天津)有限公司是目前全球僅有的走向工業化進程的PET生物酶解再生公司。2024年來,兩家公司在酶法再生PET市場應用方面均取得了較大突破。
法國Carbios是全球第一家PET酶法再生企業,2024年,Carbios先后與法國、中國、英國、土耳其公司達成正式合作,積極拓展國際市場,以期達到率先實現全面商業規模生產的目標。5月,Carbios與國際化妝品品牌L'Occitane en Provence合作開發了酶法再生PET瓶,用于沐浴油包裝;6月,Carbios與正凱集團就中國首個5萬噸/年PET生物回收工廠建設簽署戰略合作意向書,成為Carbios進入中國市場的里程碑;8月,Carbios與英國廢物回收管理公司英國FCC環境集團簽署意向書,在英國建造PET酶法回收再生工廠,拓展英國市場;同月與土耳其SASA集團簽署協議,合作在土耳其建立10萬噸級PET酶法回收工廠;10月,Carbios又聯手On、Patagonia、PUMA、Salomon等公司推出由100%紡織廢料制成的酶法再生聚酯服裝,推進紡織品的循環再利用。
源天生物科技(天津)有限公司是中國第一家PET塑料酶法再生技術研發和商業化應用的生物科技公司。自2022年10月成立以來,基于1.5ml至1.5m3的一百萬倍規模放大,源天生物實現了300噸/年的rPTA產品產能釋放。在此期間,源天生物先后達成百公斤rPTA產品穩定生產、百公斤級rbPET聚合及其紡織聚酯長絲生產,與國內外多個下游品牌方明確商務合作。2024年初,源天生物實現了100L規模r-PTA(對苯二甲酸)穩定批量生產的全流程技術突破;3月,源天生物打通鞋面、T恤等全新紡織品應用生產鏈;8月,源天生物與上海華灝簽署戰略合作協議,達成千噸級訂單合作;9月,源天生物與無錫萬斯就海外建立商業工廠達成了正式合作,共同布局生物酶法再生PET在澳洲家居市場的應用與發展。
酶法回收PA的進展
目前尼龍回收再生主要針對PA6和PA66,物理法回收和化學法回收是主要途徑。物理法回收多用于處理消費前材料,化學法回收多用于處理消費后材料,市場上已有部分企業在研發生物酶法回收尼龍材料,雖小有成果,但均尚未達到產業化階段。
2024年初,澳大利亞公司SamsaraEco與Lululemon合作,使用酶來分解PA66聚合物,將其分解為單體,然后再次聚合成為新尼龍。據悉,每件Lululemon樣品中使用的尼龍中超過90%是使用SamsaraEco公司酶回收工藝生產的。隨后SamsaraEco宣布與以色列服裝用PA66企業NILIT合作,在東南亞投資建設PA66紡織品到紡織品的酶法再生尼龍生產工廠,計劃于2026年開始運作。SamsaraEco還計劃在澳大利亞堪培拉附近耗資2500萬美元建造一座研發工廠,預計將于2025年開始運行。2024年底,SamsaraEco宣布利用機器學習算法開發了可回收PA6的酶,該酶可以將服裝、紡織品和汽車材料中的PA6分解成單體,從而實現PA紡織物回收循環。
結語
面對全球不斷加劇的塑料污染問題,酶法回收已經成為一種創新性解決方式,具有十分可觀的前景。各國科研人員與技術團隊都積極對PET與PA酶法回收進行研究,并且取得了較為豐富的研究成果,雖然目前酶法回收還面臨成本、效率、產能等產業化發展問題,但未來的產業化突破必會照亮行業發展前景,打造塑料回收再生閉環產業鏈,踐行循環經濟發展承諾。
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