Страна отходов. Как мусор захватил Россию и можно ли ее спасти - Андрей Сергеевич Яковлев
Однако бактерии – не единственное, что в будущем может спасти человечество от пластика. Ученые из Китая и Пакистана узнали о существовании грибка, который способен разрушать полиуретан, из которого делают автомобильные шины и подошвы ботинок. Грибок они вывели из свалочной земли, и он – близкий родственник обычной «черной плесени».
Исследователи из Индонезии тоже копались на свалке в поисках чего-то интересного. Они обнаружили, что грибки Aspergillus nomius и Trichoderma viride могут съесть низкоплотный полиэтилен, из которого делают пластиковые пакеты [100]. Но грибки опять же слишком медленно выполняют работу: за 45 дней они потребили лишь 5–7 % от количества пластика в колбах. Возможно, процесс ускорится при другой температуре или уровне кислотности среды вокруг.
Миру также известно насекомое под колоритным именем большой мучной хрущак, или просто мучник. Это небольшой жук, внешней похожий на черного таракана. В 2015 году несколько сотен личинок мучника две недели питались только пенополистиролом (разновидность пенопласта). Вторую подопытную группу кормили отрубями. Выживаемость в обеих группах была примерно одинаковой. Анализ экскрементов личинок показал, что половину пластика они превратили в углекислый газ, а вторая половина распалась на микропластик. За день 100 личинок, правда, съели [101] всего лишь 40 миллиграммов пенопласта. Главная задача всех этих ученых – понять, какие микробы в организме личинок и грибков отвечают за поедание пластика. Пока что воссоздание такой микрофлоры исследователям не дается, поэтому и задействовать эти микроорганизмы в промышленных масштабах невозможно.
В 2017 году европейские ученые нашли еще одних любителей поесть мусор. Получилось это случайно. Биолог Федерика Берточчини любит разводить пчел. А в ульи часто попадают вредители, которых приходится оттуда убирать, иначе они съедят мед, пергу и воск. Однажды Федерика чистила улей и убрала личинки большой восковой моли в пластиковый пакет. И насекомые прогрызли его насквозь за 40 минут.
После этого Берточчини отнесла 100 таких же личинок в лабораторию. За 12 часов эти, выражаясь словами Ивана Бубнова, «мощные ребята» съели 92 миллиграмма полиэтилена. Но не было до конца понятно, что конкретно делают насекомые с пластиком: разрушают полностью или измельчают. Чтобы узнать, исследователи растерли личинок в густую жижу и нанесли ее на пластик. По их задумке, в пасте должны были остаться вещества, уничтожающие пластик. Так и оказалось: 13 % пластика исчезло. Ученые отмечают, что пищеварительная система личинок моли хорошо разрушает углеродные связи в пчелином воске, поэтому может справиться со схожими структурами в составе полиэтилена. Но Федерика и ее коллеги пока не знают, как именно насекомые это делают.
Немецкие ученые повторили опыт Федерики, но вместо пюре из личинок намазали на пластик свиной фарш и яичный желток [102]. Результат получился почти таким же. Вопросов стало еще больше.
В России изучением большой восковой моли (или огневки пчелиной) занимается Дина Малахова, научный сотрудник кафедры микробиологии МГУ. До этого она разрабатывала альтернативный вид топлива – биогаз, который получала в результате переработки пивной дробины – отходов пивной промышленности. Проблемой разложения пластика она занимается с 2019 года. «Гусеницы огневки активно „поедают“ пакет для продуктов из полипропилена, особенно если в него положить что-нибудь вкусное. Но до сих пор не известно, то ли внутри у них, как в мясорубке, происходит процесс преобразования пластика в микропластик, то ли в пищеварительном тракте огневки присутствуют особые ферменты, то ли разложение происходит за счет микрофлоры кишечника гусеницы, – рассказывает Дина. – Мы в своей работе поставили эксперимент по выделению из кишечника огневки микроорганизмов – активных деструкторов полиэтилена высокого и низкого давления, полипропилена, ПВХ. Для этого мы растерли одни личинки огневки в ступке, у других вырезали кишечник, а также взяли микроорганизмы из грунта с дачных компостных куч. Поместили образцы в колбочки с питательной средой и пластиком. Микроорганизмы, которые потребляют пластик, растут, размножаются. Наша цель – найти тех, кто будет делать это эффективнее».
Главная сложность – это, как вы уже, наверное, догадываетесь, слишком медленный процесс эксперимента. Результатов предстоит ждать больше полутора лет, а как ускорить процесс, ученые пока не знают. Первые результаты появятся осенью 2020 года. Успехом будет считаться большое количество съеденного пластика. В идеале из пластика личинки огневки должны производить лишь углекислый газ и воду.
Пока я писал про исследования бактерий и насекомых, ученые из Университета Тулузы в апреле 2020 года вывели фермент, который расщепляет на 90 % полимеры пластика, из которого делают бутылки, на мономеры. Двести граммов за десять часов. Разрушенные на мономеры куски пластика можно снова использовать как сырье. К слову, полиэтилентерефталат (ПЭТ) составляет одну пятую всего используемого в мире пластика.
До открытия ученых единственным способом переработать ПЭТ была переплавка, но в этом случае пластик получался не таким прочным. Новый фермент, который нашли исследователи, называется кутиназа – взяли его из компоста с листьями. Кутиназа в 33 раза эффективнее других известных ферментов – а их проверили около 100 тысяч видов [103]. С помощью методов белковой инженерии ученые дополнительно улучшили фермент, и он стал в десять тысяч раз эффективнее при разрыве пластика, чем был в природе. Также он стал более стойким и теперь может работать при температуре 72 градуса, что близко к температуре плавления ПЭТ-пластика. Природный фермент не работал уже при 66 градусах. Сам фермент при этом очень дешевый: одна его тонна стоит в 25 раз дешевле тонны первичного пластика. Из полученного после обработки ферментами пластика уже сделали бутылки, которые по свойствам были не хуже оригинальных. Но есть у кутиназы и минусы: она не работает, если в пластике есть добавки, а пластиковые бутылки редко обходятся без них. Ученые работали вместе с компанией, которая производит пластмассы Carbios. Компания пообещала построить демонстрационный завод, который будет перерабатывать сотни тонн пластика.
Что
