Mikrobit töihin! Muovijätteen hiili biohajoavaksi materiaaliksi

Artikkelit
VTT

Meriin ja luontoon päätyvä muovijäte on suuri huolenaihe. PlastBug-projektissa on etsitty tehokkaita mikrobeja hajottamaan muovia uusien raaka-aineiden lähtöaineiksi. Kari Koivuranta ja Jukka Niskanen kertovat, miten jätemuovin hajottamista kehitetään mikrobien avulla VTT iBEX -innovaatio-ohjelmassa. Tutkimuksessa hyödynnetään VTT:n biotekniikan ja kemian osaamista.

VTT:n tutkijat ovat viime vuosina tunnistaneet eri muovilaatuja hajottavia mikrobeja ja selvittäneet, mitkä niiden entsyymeistä saavat aikaan muovien hajoamisen. Vireillä on jo muutama entsyymeihin liittyvä patenttihakemus. 

Muovien tuotanto ja muovijätteen määrä lisääntyvät jatkuvasti maailmalla. Muovien kierrätys on silti hyvin puutteellista ja suuri osa muovijätteestä päätyy edelleen poltettavaksi tai kaatopaikalle. 

Muovit sisältävät runsaasti hiiltä, jota voitaisiin hyödyntää uusien materiaalien raaka-aineena. 

PlastBug-projektissa on tutkittu, miten mikrobit tiettyine entsyymeineen pystyvät hajottamaan erilaisia muovilaatuja -ja valmistamaan niistä biohajoavia materiaaleja, kuten rasvahappoja. Tutkijat kehittävät nyt muovien kemiallista esikäsittelyä prosessin nopeuttamiseksi Degradable Polyolefins -projektissa. Näin voidaan hyödyntää muovien sisältämää hiiltä ja tehostaa muovijätteen hyötykäyttöä. 

”Tutkimuskohteitamme ovat lähinnä polyeteeni ja polypropeeni, jotka ovat maailman yleisimpiä muoveja. Muovijäte sisältää valtavia määriä näitä muovilaatuja, eikä niitä hyödynnetä täysimääräisesti jatkokäyttöön. Polyeteenin ja polypropeenin bioteknistä kierrätystä ei ole tutkittu laajasti, toisin kuin esimerkiksi PET-muovien”, taustoittaa VTT:n johtava tutkija Kari Koivuranta.
 

Muovi hajoaa nopeammin esikäsittelyn jälkeen

VTT:llä on jo tunnistettu polyeteenin ja polypropeenin hajottamiseen soveltuvia entsyymejä. 

”Hajotusprosessin haasteena on kuitenkin sen hitaus, mikä johtuu muovien ominaisuuksista. Ne ovat kovia ja kestäviä ja ne hylkivät vettä, joten mikrobit ja entsyymit eivät pääse käsiksi muovipintoihin”, kertoo Koivuranta. 

Myös muoveissa käytetyt apuaineet voivat hidastaa hajoamista: ”Muovit ja polymeerit eivät ole toistensa synonyymejä: muovit koostuvat polymeereistä ja sisältävät usein apuaineita. Apuaineet parantavat muovien ominaisuuksia, mutta saattavat estää mikrobien toimintaa. Esikäsittelymenetelmillä apuaineiden määrää voidaan vähentää samalla kun muovit hapettuvat”, kertoo VTT:n erikoistutkija Jukka Niskanen.

VTT:llä selvitetään, miten erilaiset esikäsittelymenetelmät vaikuttavat entsyymien kykyyn hajottaa muovia. Esimerkiksi hapettamalla muovia voidaan parantaa sen sekoittumista veteen ja näin nopeuttaa prosessia. Tutkimuksessa hyödynnetään VTT:n osaamista muoveista ja polymeerikemiasta sekä teollisuudessa käytettävissä olevia laitteita. 
 

Muovin hajoamistuotteista syntyy rasvahappoja

Mikrobien, entsyymien ja sopivan esikäsittelyn avulla poltettavaksi päätyvä muovi ja sen sisältämä hiili voitaisiin jatkossa saada hyötykäyttöön. Mikrobisolujen avulla muovien hajoamistuotteista voitaisiin valmistaa uutta biohajoavaa materiaalia.

”Mikrobit pystyvät tuottamaan hiililähteistä uusia aineita, ja tätä tehdään jo teollisessa mittakaavassa. Hiilen lähteenä voitaisiin tulevaisuudessa hyödyntää muovijätettä eikä sokereita tai puuta, joille on muutakin käyttöä. Muovissa on yleensä enemmän hiiltä grammaa kohden kuin esimerkiksi sokereissa”, Niskanen toteaa. 

Muovijätteen hiilestä voitaisiin tuottaa biohajoavaa materiaalia. Mikrobikantoja voidaan muokata niin, että prosessin tuloksena syntyy jotakin tiettyä tuotetta – esimerkiksi biohajoavaa PHA- eli polyhydroksidialkaloidimuovia tai rasvahappoja. Rasvahapoista voidaan valmistaa esimerkiksi uusien muovien lähtöaineita, ja ylijäävä materiaali on tarkoitus hyödyntää uuden biomassan kasvatukseen.
 

Täydentää nykyisiä kierrätysmenetelmiä

Muovin kierrätys on haasteellista: vaikka muoveja lajitellaan, suuri osa niistä päätyy tänä päivänä hävitykseen. Muovin biotekninen kierrätys ei kilpaile nykyisten kierrätysmenetelmien kanssa vaan täydentää niitä. Tavoitteena on, että kierrätettävä muovi voisi sisältää erilaisia muovilaatuja, joista suuri osa saataisiin kiertoon.

Muovin bioteknisen kierrätyksen asema on vielä epäselvä, eikä muovijätteestä valmistetun biohajoavan materiaalin hyödyntämiseen ole valmiita ekosysteemejä. Prosessissa syntyville tuotteille ei myöskään ole vakiintuneita termejä tai nimityksiä. Tästä VTT haluaa herättää keskustelua. 

”Polyestereistä on toistaiseksi tehty bioteknisesti vastaavia uusia polyestereitä, mutta tiedossa ei ole julkisia esimerkkejä siitä, että muovijätteestä yleensä tehdään biohajoavaa materiaalia. Tulevaisuudessa tämä on kuitenkin mahdollista: ehkä jo 5–10 vuoden kuluttua öljypohjaisesta materiaalista tehdään biohajoavaa ja bioyhteensopivaa materiaalia”, Koivuranta sanoo.
 

Degradation test going on in VTT's laboratory.
Degradation test going on in VTT's laboratory.
Jaa
Kari Koivuranta
Kari Koivuranta
Jukka Niskanen
Jukka Niskanen

Haluamme keskittää kaiken osaamisemme ja tarmomme näihin teknologisiin haasteisiin, joissa voimme saada aikaan suurinta mahdollista vaikuttavuutta.