Ежегодно в мире производится около 380 миллионов тонн пластика, и половина этого объема приходится на одноразовый пластик. По прогнозам, к 2050 году этот показатель увеличится на 70%. Исследование, проведенное в 2017 году, показало, что из всего произведенного пластика “9% было переработано, 12% сжигалось, а 79% накапливалось на свалках или в природной среде”. Нынешняя практика нерациональна, так как большая часть этого пластика попадает в океаны и другие источники загрязнения окружающей среды. Исследователи все чаще рассматривают бактерии как одно из возможных решений этой проблемы.
Переработка отходов сама по себе не является жизнеспособным решением. В настоящее время основной эффект вторичной переработки пластика заключается в создании ложного ощущения, что проблема решена. На самом деле пластик не перерабатывается по полному циклу. Относительно небольшая часть пластика разлагается, а затем перерабатывается в пластмассы более низкого качества, которые не подлежат вторичной переработке. В конечном итоге все пластмассы по-прежнему попадают в мусоросжигательные заводы (что вредно для окружающей среды), на свалки, в океаны и другие экологически чистые места. Каковы возможные решения этой ситуации?
Одним из решений является использование меньшего количества пластика. Но это сложное предложение. Пластик одноразового использования является наиболее распространенной мишенью, и существует множество способов его расточительного использования, которые, безусловно, можно сократить. Но половина производимого пластика не является одноразовым, а для определенных целей (например, для стерильных медицинских целей) требуется много пластика. Как всегда, вы также должны рассмотреть альтернативные варианты – чем можно заменить пластик? Иногда есть очевидное и хорошее решение. Во многих областях применения для производства напитков алюминий может заменить пластик и в большей степени пригоден для вторичной переработки. Стекло – еще один альтернативный материал. Но этот подход поможет нам продвинуться далеко.
Отчасти проблема заключается в том, что массовое производство пластика обходится дешево, и он очень хорошо подходит для конкретных применений. Дешевле производить первичный пластик, чем перерабатывать старый. Эта реальность усугубляет проблему.
Именно здесь появляются бактерии. С самого начала я скажу, что здесь, скорее всего, нет простого решения, такого как избавление от бактерий, поедающих пластик, которые уничтожают все пластиковые отходы. Но бактерии и, в частности, их ферменты, могут быть использованы для перехода к более экономичному использованию пластика или для снижения воздействия пластика на окружающую среду. Здесь есть несколько хороших новостей. Во-первых, многие бактерии уже выработали ферменты для расщепления растительных волокон, которые похожи на некоторые виды пластика. Кроме того, бактерии, по-видимому, эволюционируют, чтобы питаться экологическим пластиком. Если у вас есть потенциальный крупный источник пищи, то, скорее всего, что-то эволюционирует, чтобы есть его. Исследование, проведенное в 2021 году, показало, что бактерии, обладающие ферментами, способными расщеплять пластик, процветают в районах, где его больше.
Другое недавнее исследование показало, что бактерии действительно едят пластик, а это означает, что они перерабатывают содержащиеся в нем компоненты в пищу. Они использовали пластик, изготовленный из углерода 13, и обнаружили, что C13 в CO2 выделяется при разрушении пластика в присутствии бактерий (Rhodococcus ruber). Кстати, это исследование также показало, что бактерии могут расщеплять не менее 1% доступного им пластика в год. Это немного, но и не пустяк. Исследование океанических и почвенных бактерий выявило в общей сложности 30 000 различных бактериальных ферментов, способных расщеплять различные виды пластика. С этим очень сложно работать.
В дополнение к использованию бактерий, у которых уже есть ферменты, расщепляющие пластик, исследователи работают над генной инженерией бактерий, которые содержат либо набор таких ферментов, либо другие свойства, которые делают их идеальными для определенных применений. Как только у нас в руках окажутся идеальные бактерии, что мы будем с ними делать?
Это всегда сложная часть – перейти от проверки концепции к разработке практичного и экономичного применения в промышленных масштабах. Что касается “экономии”, то часто все сводится к тому, сколько мы готовы потратить и что мы ценим. Я полагаю, что это также является еще одним примером внешних издержек, позволяющих компаниям просто не брать на себя ответственность за стоимость своей продукции, которая в конечном итоге приводит к загрязнению окружающей среды. Если мы все вместе ценим океаны, свободные от пластика, то должны быть готовы платить немного больше за пластик, который там не окажется. Но все же, чем дешевле мы сможем сделать любой подобный процесс с использованием бактерий, тем лучше. Можем ли мы масштабировать его?
Бактерии обладают рядом свойств, которые делают их масштабируемыми и экономичными. Они способны к самовоспроизводству и потребляют относительно мало энергии. На самом деле, если они поедают пластик, сам пластик становится частью энергии, стимулирующей этот процесс. Другим источником энергии является ультрафиолетовое излучение солнца, которое также расщепляет пластик на более мелкие частицы и облегчает его переваривание бактериями. Солнечный свет и бактерии, по-видимому, могут быть использованы в различных целях.
Одним из способов использования таких бактерий является производство. Переработанный пластик может подвергаться воздействию таких бактерий, которые расщепляют пластик на составляющие молекулы, которые затем могут быть использованы в качестве сырья для повторного производства такого же пластика. Это может привести к реальной переработке с по-настоящему циклическим жизненным циклом пластика. Очевидно, что в процессе производства будут возникать какие-то отходы, поэтому в систему все равно нужно будет подавать некоторое количество первичного сырья, но идея состоит в том, чтобы свести это к минимуму. Переход к максимальному производству пластмассы круглого сечения может также потребовать некоторой доработки видов пластмасс, которые используются в различных областях применения, в большей степени полагаясь на те виды пластмасс, которые лучше всего поддаются этому процессу.
Еще одно применение – использование бактерий, потребляющих пластик, для уменьшения количества пластика на свалках или в других замкнутых системах. Одно из преимуществ этого метода заключается в том, что бактерии могут быть использованы для смешивания пластиковых изделий, содержащих различные виды пластика. Их действительно трудно перерабатывать, но бактерии могут просто съесть те части, которые они могут съесть, а остальное оставить. Недостатком этого метода является то, что он представляет собой своего рода медленное сжигание – при этом в атмосферу все равно выделяется CO2. Но его можно легко комбинировать с технологией улавливания CO2 (например, с уже существующими системами улавливания метана, образующегося при разложении органики на свалках).
Еще одним потенциальным применением является выброс искусственных бактерий в окружающую среду (например, в океаны) для поедания экологически чистых пластиковых отходов. Я не думаю, что это произойдет в ближайшее время, в первую очередь из-за необходимости соблюдать осторожность при выпуске искусственных бактерий в дикую природу. Но я бы тоже не исключал этого, особенно если ученые просто изменят существующий вид бактерий, который уже существует в дикой природе и поедает пластик.
Очевидно, что бактерии, поедающие пластик, не являются простым или единственным волшебным решением проблемы пластиковых отходов. Но это может стать важной частью комплексного набора решений.
