Enzims que mengen plàstics i altres alternatives químiques per reduir aquest contaminant

Cada any es produeixen més de 380 milions de tones de plàstics i es preveu que el 2050 la quantitat arribi als 900 milions de tones. I si bé són materials molt versàtils i amb moltes aplicacions, el seu excés i el fet que la majoria vagin a parar a l'entorn un cop acabada la seva vida útil provoca un gran impacte ambiental, sanitari i econòmic.

Si el 2015 anaven a parar a abocadors o al medi 4.900 milions de tones de plàstics for a d'ús, es calcula que el 2050 ja seran 12.000 milions de tones. Segons un informe del Fons Mundial per la Natura (WWF), l'impacte té uns costos superiors als tres bilions d'euros.

Xavier Giménez, professor de Química Ambiental i investigador de l'Institut de Química Teòrica i Computacional (IQTCUB) de la Universitat de Barcelona, ho valora així per al 324.cat:

"Certament, el problema dels plàstics és important, i no es pot deixar de banda. Les dificultats amb la degradació per part del medi en són la causa fonamental, perquè converteix l'abocament dels plàstics en un procés acumulatiu que pot ultrapassar tots els límits raonables".

La química ha permès obtenir milers de plàstics diferents i ara la química també té com un dels seus objectius principals fer front al  problema de la proliferació i a l'impacte de les deixalles. Per al doctor Giménez, si bé ja es du a terme el reciclatge dels plàstics, la recerca en mètodes de despolimerització, és a dir, per torna a desfer la cadena del polímer, "esdevé de capital importància, perquè millora la capacitat de reciclar i les propietats del material reciclat". Però hi ha un condicionant:

"Si els costos d'escalar la metodologia es mantenen dins uns límits raonables, serà possible tractar el material reciclat per millorar-ne el cicle de vida, de manera real".

Recentment han aparegut diversos treballs amb l'objectiu de trobar mètodes millors per degradar els plàstics o bé d'utilitzar-los com a matèria de base per a obtenir altres productes.

Així, en un article publicat a finals d'abril a Nature, investigadors de la Universitat de Texas descriuen el disseny de nous enzims per degradar el PET (polietilè tereftalat), molt utilitzat en ampolles i safates i que constitueix aproximadament el 12% dels residus sòlids mundials. Els autors han utilitzat un algoritme basat en l'aprenentatge automàtic per dissenyar una hidrolasa més efectiva per tractar aquest plàstic. En la seva demostració han pogut degradar gairebé del tot, només en una setmana, PET procedent de 51 productes diferents.

Aquests enzims són molt més resistents a la degradació i al canvi de pH i acceleren la despolimerització. Es tracta d'una estratègia, explica Giménez, "altament selectiva, comparable a altres tractaments que ja funcionen amb microorganismes". És una línia de treball d'enorme valor estratègic, afegeix, perquè a part de millorar la qualitat de la fracció reciclada, "permetrà actuar in situ, allà on el reciclatge no hi ha arribat, i per tant s'ha produït un abocament intrusiu en el medi".

Per això, darrer, però "és absolutament clau que els enzims realment siguin més robustos contra les condicions agressives del medi.  Si se superen les dificultats d'escalar la tecnologia, fins al nivell industrial necessari, serem davant d'un canvi de paradigma, pel que fa a l'acumulació de plàstics en el medi".

Fàrmacs a partir de deixalles

Un altre article, publicat també a Nature i en la mateixa data, descriu un treball més ambiciós i ampli, dirigit per Bartosz A. Grzybowski, de l'Institut de Química Orgànica de l'Acadèmia Polonesa de Ciències i de l'empresa Allchemy d'Indiana, als Estats Units. També hi ha participat investigadors de l'empresa On Demand Pharmaceuticals de Maryland.

En aquest cas l'objectiu és aprofitar residus per obtenir fàrmacs. Els autors expliquen que amb la producció creixent de residus procedents de la indústria química és essencial aprofundir en l'anomenada química circular, que té com objectiu aprofitar aquestes deixalles per obtenir productes útils.

Un dels problemes afegeixen, és la dificultat d'identificar entre milions de productes que es llencen quins serien útils per generar substàncies útils i, evidentment, quines podrien ser aquestes que es fabricarien.

Fins i tot un petit conjunt de residus conté substàncies que en diverses etapes poden generar milions de productes diferents. Com identificar els processos més rendibles o útils i, a més, que tinguin el menor impacte ambiental?

Els autors han aprofitat que Allchemy té una base de dades amb unes 10.000 reaccions i han fet servir algoritmes per trobar les reaccions que a partir d'uns 200 residus químics poden dur a l'obtenció d'unes 300 substàncies amb propietats com a fàrmacs o amb aplicació en agricultura. I tot d'acord amb els criteris de la química sostenible o química verda.

El doctor Giménez explica amb aquest sistema han pogut seleccionar millor el tipus de cadena que s'obté amb els residus i les seves possibles aplicacions, però afegeix que "faltaria veure, en tot cas, l'impacte real amb quantitats industrials".

Efectivament, tot això haurà de ser estudiat i assajat per comprovar quins sistemes de tractaments dels residus requeriria i després mirar si es pot dur a escala industrial.

Fabricar plàstics sense petroli

Un altre camp de recerca és fabricar nous materials plàstics sostenibles i que, per tant, tinguin origen renovable i siguin reciclables. Això és el que s'investiga en el projecte FURENPOL de biosíntesi i reciclatge de polímers furànics. Es tracta de productes basats en el furan, un compost orgànic format per un anell amb quatre àtoms de carboni i un d'oxigen, que es fa servir en diferents processos.

El coordina el CSIC des del Centre d'Investigacions Biològiques Margarita Salas (CIB) i hi participen el Barcelona Supercomputing Center (BSC) i el departament d'Enginyeria Química, Biològica i Ambiental de la Universitat Autònoma de Barcelona, a més de diverses empreses.

Entre els processos que s'investiguen hi ha la substitució del PET, obtingut a partir de derivats del petroli, pel PEF, un compost furànic que es pot obtenir per via biotecnològica.

Dintre del projecte, s'adapten enzims per dur a terme aquests processos amb tècniques d'enginyeria de proteïnes. Per això es fan simulacions a l'ordinador i així s'evita haver de fer milers de proves en el laboratori. Els assaigs reals arribaran un cop s'hagin seleccionat o dissenyat nous enzims.

Però això requereix programes informàtics molt avançats, l'ús del machine learning o aprenentatge automàtic i superordinadors amb gran capacitat de càlcul, com els del BSC.

El projecte ha estat finançat pel Ministeri de Ciència i Innovació a través de l'Agència Estatal d'Investigació amb fons Next Generation de la Unió Europea.

Totes aquestes recerques i projectes han d'ajudar a fer front al problema dels plàstics i la seva acumulació. Tal com afirmava l'any passat un editorial de Nature, els plàstics són materials extraordinàriament útils, però "avui són una font seriosa de riscos ambientals". Afortunadament, afegeix, els químics d'universitats, centres de recerca i indústries, com hem vist, busquen formes de resoldre el problema o alleugerir-lo. I conclou afirmant que "empreses i governs han d'incrementar els seus esforços i assumir la seva responsabilitat en l'acumulació de les deixalles plàstiques".