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Una nueva enzima que revienta el plástico puede romper botellas de agua

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El resultado final de la reacción es una materia prima que puede reutilizarse en nuevos productos

Los plásticos tienen muchas propiedades que los han convertido en elementos de las sociedades modernas. Se pueden moldear en cualquier forma que deseemos, son resistentes pero flexibles, y vienen en suficientes variaciones para que podamos ajustar la química para satisfacer diferentes necesidades. El problema es que son lo suficientemente resistentes como para no descomponerse por sí solos, y su incineración es relativamente ineficiente. Como resultado, se han acumulado en nuestro entorno como plásticos a granel y como residuos microplásticos aparentemente omnipresentes.

Para los materiales naturales, la descomposición no es un problema, ya que los microbios han desarrollado formas de digerirlos para obtener energía o productos químicos útiles. Pero muchos plásticos han existido durante décadas, y ahora estamos viendo organismos que han desarrollado enzimas para digerirlos. Suponiendo que podrían hacerlo mejor, investigadores en Francia han diseñado una enzima que puede descomponer eficientemente una de las formas más comunes de plástico. El resultado final de esta reacción es una materia prima que se puede reutilizar directamente para hacer nuevas botellas de plástico.

Un tipo de plástico no deseado

El plástico en cuestión es el tereftalato de polietileno, o PET. Este tiene una enorme variedad de usos. Pero el más notable es de las botellas de bebida, que son un componente importante de los desechos plásticos ambientales. El PET se desarrolló por primera vez en la década de 1940, y el primer organismo vivo que puede descomponer y usar el carbono en presente en el PET se mostró en 2016, encontrado en sedimentos cerca de una instalación de reciclaje de plástico, de forma natural.

Si bien microbios como este podrían resolver el problema de los desechos plásticos, no hacen que los plásticos sean más sostenibles, ya que la columna vertebral de carbono del plástico termina por descomponerse por completo. Eso significa que tenemos que suministrar constantemente material nuevo para reemplazar los envases de plástico a medida que se descomponen, material que actualmente proviene de productos petroquímicos. El equipo francés estaba interesado en crear un proceso de plástico circular, en el que el material existente se descomponga de una manera que permita su reutilización inmediata para hacer nuevos productos de plástico.

El PET es una larga colección de anillos de carbono unidos por átomos de oxígeno y carbono. Para descomponerlo de una manera que permita el reciclaje, estos enlaces carbono-oxígeno no se han roto, liberando una gran colección de anillos que luego se pueden volver a vincular. Los microbios que actualmente digieren el PET también rompen ese anillo, lo que los hace inadecuados para el reciclaje.

Pero ya se han identificado varias enzimas que pueden romper los enlaces en el plástico. Todos estos funcionan para romper el recubrimiento ceroso en las superficies de las hojas, llamado “cutina” (haciendo que estas enzimas sean cutinasas). Estos proporcionaron los materiales de partida para el nuevo trabajo. Para empezar, los investigadores tomaron un panel de cutinasas y probaron sus actividades para descomponer el PET. El que tenía la mayor actividad resultó tener un nombre que indicaba dónde se encontró originalmente: en una pila de compost (se llama “cutinasa de compost de hojas y ramas”).

La clave de derretir el PET

Para comprender los próximos pasos de los investigadores, tenemos que entender un poco mas el PET en sí. Si bien todas las versiones de este tipo de plástico tienen la misma fórmula química, el material puede solidificarse en dos formas: una forma cristalina muy compacta y una forma más floja y desordenada. La mayoría de los materiales hechos de PET tienen diferentes cantidades de estas dos formas, ya que sus proporciones pueden permitir a los fabricantes ajustar las propiedades del material. Sin embargo, el apretado empaquetamiento de la forma cristalina dificulta la digestión incluso para la enzima más eficiente. Afortunadamente, hay una solución parcial: calentar cualquier forma de PET hace que parte del PET cristalino se derrita en una forma desordenada, lo que permite que se digiera más.

Barato y efectivo

Dada esta fuente de PET, la enzima original podría digerir aproximadamente la mitad en 20 horas. La mejor versión modificada de los investigadores solo necesitó 15 horas para alcanzar el 85% de digestión. Optimizando las condiciones, fueron capaces de alcanzar el 90% de descomposición del PET en menos de 10 horas. Si bien todavía quedaba algo de PET cristalino, descubrieron que podían tomar 1.000 kg de desechos de PET y producir 863 kg de materias primas a partir de él. Dicho de otra manera, su enzima rediseñada es más eficiente para digerir PET que nuestras enzimas digestivas para descomponer los almidones.

Luego utilizaron esta materia prima para fabricar nuevos productos de PET utilizando reacciones industriales estándar. La capacidad del nuevo producto para resistir la presión fue solo un 5% inferior al valor medido para el PET fabricado a partir de fuentes químicas estándar.

La última cuestión relevantes es saber cuánto costaría usar PET reciclado en comparación con usar uno generado con materias primas petroquímicas. Los investigadores estiman que, si la proteína se puede producir por alrededor de 25 dólares por kilogramo, el costo del proceso terminará siendo aproximadamente el 4% de lo que se puede obtener con el PET hecho con ella. Si bien eso podría no ser tan barato como los productos petroquímicos, especialmente ahora, después de que los precios del petróleo se hayan derrumbado, será relativamente inmune a los shocks de precios futuros y es mucho más sostenible.

Fuente: Ars Technica

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