Ayakkabı köpüğü geri dönüşüme direniyordu, yeni enzim doğrudan malzemeye saldırdı

Danimarka'nın Aarhus Üniversitesi ve Portekiz'in Porto Üniversitesi'nden araştırmacılar, poliüretan ayakkabı tabanlarının geri dönüşümünde devrim yaratacak bir enzim geliştirdi. Bilim insanları, özellikle koşu ayakkabılarında yaygın olarak kullanılan ve geri dönüşümü son derece güç olan poliüretan köpüğü hedef aldı. Bu yeni enzim, üç gün gibi kısa bir sürede ayakkabı tabanındaki köpüğün %1,4'ünü yeniden kullanılabilir kimyasallara dönüştürmeyi başardı. Çalışma, işlenmemiş poliüretan köpüğünde herhangi bir kimyasal ön işleme gerek kalmadan bu sonucun elde edilmesiyle, plastik atıkların çevreye olan etkisini azaltmada önemli bir adım olarak öne çıktı.

Rosie Graham ve Pedro Paiva'dan geri dönüşümde yeni yaklaşım

Pilot çalışmada, Aarhus Üniversitesi'nden Rosie Graham ve Porto Üniversitesi'nden Pedro Paiva'nın liderliğindeki ekip, Danimarka merkezli EnZync şirketiyle iş birliği yaptı. Ekip, enzimleri geliştirmek için sıcak ortamlarda yaşayan ve atık plastikler üzerinde hayatta kalabilen bakterileri inceledi. Bu bakterilerin ürettiği on iki farklı enzim tespit edildi ve bunlardan biri, poliüretan köpüğü parçalama konusunda diğerlerine kıyasla daha yüksek başarı gösterdi. Araştırmacılar, bu enzimi kristalize ederek yapısını detaylı biçimde haritaladı ve poliüretan ile etkileşimini bilgisayar simülasyonlarıyla analiz etti. Elde edilen bulgular, enzimde yapılan iki önemli amino asit değişikliği sayesinde, polimer zincirlerini yirmi kat daha verimli şekilde parçaladığını ortaya koydu. Bu gelişme, özellikle geri dönüşümü zor olan termoset plastiklerde sürdürülebilir atık yönetimi için yeni bir yol açtı.

Poliüretan atıkları ve geri dönüşümde karşılaşılan zorluklar

Poliüretan, dünya genelinde plastik üretiminin yaklaşık %5'ini oluşturuyor ve 2022 yılında 22 milyon ton üretildi. 2030 yılına kadar bu miktarın 31 milyon tona ulaşması bekleniyor. Ayakkabı tabanlarından yataklara, inşaat yalıtımından mutfak süngerlerine kadar pek çok üründe kullanılan poliüretan, termoset yapısı nedeniyle geleneksel yöntemlerle geri dönüştürülemiyor. Bu tür plastikler genellikle yakılıyor veya gömülüyor, bu da çevreye ciddi zararlar veriyor. Araştırmada geliştirilen enzim, işlenmemiş ayakkabı köpüğünü doğrudan hedef alarak, mevcut yöntemlerin aksine ek kimyasal işleme gerek duymadan geri dönüşüm sağladı. Deneylerde, ECCO firmasından temin edilen poliüretan köpük parçaları üzerinde uygulanan enzim, köpüğün %1,4'ünü monomer yapı taşlarına ayırdı. Bu monomerler, plastik endüstrisinde yeniden kullanılabilir kimyasallar olarak değerlendirilebiliyor ve böylece atıkların döngüsel ekonomiye kazandırılması mümkün hale geliyor.

Enzim mühendisliğinde çığır açan iki amino asit değişikliği

Geliştirilen enzimin başarısında en kritik rolü, 308 ve 312 numaralı pozisyonlardaki iki amino asit değişikliği oynadı. Bu değişiklikler, enzimin poliüretan zincirlerine daha sıkı tutunmasını ve onları daha hızlı parçalayabilmesini sağladı. Simülasyonlarda, polimerin enzimin aktif bölgesine daha derin yerleştiği ve burada daha az hareket ettiği gözlendi. Bu sayede, enzim-plastik etkileşimi güçlenerek, geri dönüşüm verimliliği artırıldı. Ancak bu değişiklikler, enzimin yalnızca belirli poliüretan türlerinde etkili olmasına neden oldu. Ekip, enzimin naylon gibi diğer plastikleri de parçalayabilen orijinal versiyonunun, bu modifikasyonlarla birlikte poliüretan odaklı daha dar bir etki alanına sahip olduğunu belirtti. Araştırmacılar, aynı amino asit değişikliklerinin farklı enzimlerde de benzer başarı gösterip göstermeyeceğini araştırıyor.