Enzima inovadora aumenta a reciclagem de garrafas PET e fibras mistas em temperaturas moderadas

Uma equipe liderada pelo Professor Akihiko Nakamura, do Instituto de Pesquisa em Ciência e Tecnologia Verde da Universidade de Shizuoka — em colaboração com a Kirin Holdings Co., Ltd., o Instituto de Ciência Molecular e a Universidade de Osaka — desenvolveu uma nova hidrolase de PET, denominada PET2-21M. Esta enzima apresenta desempenho significativamente aprimorado na despolimerização de tereftalato de polietileno (PET) de grau engarrafado, um dos plásticos mais utilizados no mundo, com um consumo de energia relativamente baixo.

Superando as limitações da reciclagem tradicional

A reciclagem mecânica convencional de PET frequentemente resulta na degradação da qualidade do material e é particularmente ineficaz para tecidos mistos, como PET/algodão e PET/poliuretano (PU). A reciclagem química oferece resultados de alta pureza, mas geralmente requer condições adversas e reagentes perigosos. Em contraste, a reciclagem enzimática oferece uma solução mais sustentável, operando em condições aquosas mais amenas e recuperando os monômeros originais para reutilização circular.

Engenharia da família de enzimas PET2

Os pesquisadores aprimoraram a enzima natural PET2 combinando mutagênese aleatória e direcionada, adicionando mutações benéficas e modificações estruturais inspiradas pela HotPETase. A variante resultante, PET2-14M-6Hot, demonstrou forte atividade contra fibras combinadas desafiadoras. Otimizações adicionais produziram a PET2-21M, que alcançou eficiência 28,6 vezes maior do que a PET2 original nos testes iniciais.

Alta eficiência em temperaturas moderadas

Em experimentos em reatores de 300 mL em escala ampliada, o PET2-21M degradou 95% do pó de PET comercial para garrafas (20 g/L) em 24 horas a 60 °C — enquanto a enzima de referência amplamente estudada, LCC-ICCG, exigiu 72 °C para um desempenho semelhante. Mesmo quando a carga enzimática foi reduzida pela metade, o PET2-21M manteve cerca de 50% de eficiência de degradação, quase o dobro da LCC-ICCG nas mesmas condições.

Para reciclagem de resíduos têxteis, o PET2-14M-6Hot superou o LCC-ICCG na degradação de fibras de PET, misturas de PET/algodão (65/35% em peso) e têxteis de PET/PU (85/15% em peso), mostrando atividade particularmente forte em temperaturas mais baixas, onde as misturas de PU são difíceis de processar.

Produção Escalável

Tanto o PET2-21M quanto o PET2-14M-6Hot foram produzidos com sucesso em larga escala usando a levedura Komagataella phaffii, atingindo altos rendimentos de expressão sem problemas relacionados à glicosilação, demonstrando sua prontidão para potencial aplicação industrial.

Impacto e Perspectivas Futuras

Essas enzimas projetadas abrem caminho para a reciclagem de PET em escala industrial, com eficiência energética, custo-benefício e sustentabilidade, especialmente para misturas têxteis antes desafiadoras. Pesquisas futuras visam melhorar ainda mais a eficiência em temperaturas de reação ainda mais baixas e expandir a aplicabilidade a resíduos poliméricos mais complexos, acelerando a transição para uma economia circular do plástico.

Fonte: ACS Química e Engenharia Sustentáveis ​​(DOI: 10.1021/acssuschemeng.5c01602)