KSP: Unlocking the potential of enzymatic recycling of plastics

Plast er et nyttig og anvendelig materiale, men samtidig utgjør det også en stor utfordring for samfunnet. Det moderne samfunnet er fullstendig avhengig av plastprodukter, men mye av plasten som produseres er ikke resirkulerbar. Samtidig havner enorme mengder plast i naturen og utgjør en trussel for miljøet. Det er derfor ytterst viktig at det utvikles ny teknologi som kan legge til rette for bærekraftig resirkulering av alle typer plast. Vi har derfor satt oss fore å utvikle ny bioteknologi for enzymatisk nedbrytning av plasttyper som for tiden ikke kan degraderes biokjemisk, for eksempel polyetylen, polypropylen og polyakrylat. Dette vil vi oppnå ved å lære av naturen, siden det finnes både bakterier og insekter som kan spise og fordøye disse plasttypene ved å bruke spesialiserte enzymer. Ved å kopiere disse enzymene kan vi benytte dem til å bryte ned avfallsplast til de minste bestanddelene plasten er satt sammen av. Disse molekylene kan renses og deretter settes sammen på nytt til ny plast. Prosjektet har hatt god progresjon og synlighet i media gjennom både smale og brede formidlingstiltak. Vitenskapelig har prosjektet ført til betydelig faglig utvikling hos alle partnerne, med etablering av nye analytiske metoder som gjør oss konkurransedyktige med toppmiljøene innen fagfeltet. Den første vitenskapelige studien publiseres snart i det anerkjente tidsskriftet Nature Communications og avdekker hvordan fagfeltet lenge har blitt feilinformert om at enzymer fra voksmøll kan bryte ned polyetylen. Ved hjelp av våre avanserte analytiske metoder og samarbeidspartnere beskriver vi hva som ofte gjøres feil og hvordan feltet må designe og gjennomføre forsøk for å lykkes med å finne plastnedbrytende enzymer. Parallelt har vi arbeidet i fire retninger: 1. Vi har samlet prøver fra et plastdeponi ved Flisa, som inneholder bakterier som kan spise delvis oksidert polyetylen. Vi undersøker nå hvordan bakteriene klarer dette for å utvikle nye enzymverktøy for plastnedbrytning. 2. Vi har utviklet spesielle plastpartikler som frigjør fluorescerende molekyler når de brytes ned. Disse kan brukes til å oppdage nye bakterier og enzymer som kan spise plast. Vi har utviklet en ny plasttype som ligner polyetylen, men som lett brytes ned av enzymer. Vi håper dette kan være et skritt mot å lage ny plast som kan resirkuleres i et lukket kretsløp. 3. Vi har vært aktive med å kommunisere våre resultater og plastutfordringen generelt. 4. Vi har utviklet en nettside (www.plastportalen.no) som gir oppdatert informasjon om plast og plastforskning i Norge og Europa. Vi har også deltatt i mange møter og seminarer, og holdt foredrag for både spesialister og allmennheten. Alt i alt har prosjektet hatt forventet fremgang og vi ser med stor spenning på tiden som kommer hvor vi skal jobbe videre med de fire retningene nevnt over for å finne nye løsninger på plastutfordringen samfunnet står ovenfor.

Plastics represent both a fantastic resource, but also a large challenge for society. On one hand, modern society cannot live without plastic products. On the other hand, its production from non-renewable resources is not sustainable and a large amount of plastic ends up polluting the environment every year. The only way to achieve sustainability for plastics is to develop technology for efficient and environmentally friendly recycling. In the proposed interdisciplinary project we aim to develop new biotechnology that will allow enzymatic degradation of non-hydrolysable plastics like polyethylene, polypropylene and polyacrylate. Plastic degrading enzymes will be identified and developed by using state-of-the-art (meta)genomics and -proteomics techniques to explore the enzymatic machineries of plastic degrading microorganisms and insects (more specifically, the greater wax moth). We will also screen and re-design powerful oxidative enzymes that naturally target recalcitrant and crystalline surface of biopolymers, to target plastic polymers. Hand in hand with enzyme development, we will engineer new and/or modified plastic polymers that are tailored for enzymatic degradation, but that still keep their functional properties. Importantly, methods for extraction, purification and reuse of the plastic degradation products will be developed in order to assess the recyclability of the degradation reaction end-products . Since the perspective of enzymatic recycling of plastics is relatively new to both academia and the plastics sector, we will also establish dialogues with, and among, stakeholders and policy makers to assess technological opportunities and discuss and guide future directions both in terms of R&D efforts and political measures. To obtain a better fundament for understanding the roles and opportunities of enzymatic plastic recycling in society we will also perform sustainability assessments and barrier analyses.