Les matières plastiques polyuréthane et alcool polyvinylique peuvent maintenant être dégradées dans des conditions douces à l’aide d’enzymes comme biocatalyseurs.
Des scientifiques de l’Université de Greifswald ont développé des méthodes correspondantes avec la société allemande Covestro et des équipes de Leipzig et de Dublin, comme récemment publié dans la revue Angewandte Chemie International Edition dans deux articles distincts. Il a ainsi été possible de mettre en place un procédé durable et respectueux de l’environnement pour recycler ces polymères.
Cela permet de répondre au problème mondial des déchets plastiques en prenant l’exemple de ces deux polymères synthétiques, qui sont produits industriellement à grande échelle.
Les plastiques sont actuellement indispensables pour la production de matériaux de construction, d’isolation électrique, d’emballages de boissons et d’aliments, de textiles et de nombreuses autres applications. Malheureusement, la production de masse de polymères synthétiques, en particulier pour les matériaux d’emballage, a entraîné un énorme problème de déchets pour l’environnement. Les polymères polyuréthane et alcool polyvinylique contribuent à environ 8 % de la production européenne de plastique.
Depuis plusieurs années, les méthodes pour parvenir à un recyclage écologique des plastiques font l’objet d’intenses recherches. Cela soulagerait non seulement l’environnement, mais réduirait également la quantité d’essence nécessaire pour fabriquer chimiquement de nouveaux plastiques. De plus, moins de gaz à effet de serre CO2 serait émis par les usines d’incinération des ordures qui brûlent actuellement les déchets plastiques.
Les polyuréthanes (PUR) sont utilisés pour la production de matelas, de matériaux isolants, de thermoplastiques (c’est-à-dire pour les chaussures de sport) et pour les revêtements (mastics, peintures, colles). Des méthodes chimiques ont été développées pour la dégradation de ces composés, mais elles nécessitent de grandes quantités d’énergie car des températures et des pressions élevées sont requises.
Les méthodes biotechnologiques utilisant des micro-organismes ou des enzymes comme biocatalyseurs naturels représentent une alternative car elles permettent la dégradation et surtout le recyclage – l’isolement des éléments constitutifs pour fabriquer de nouveaux plastiques – à des températures modérées ne dépassant pas 40°C et sans l’utilisation de réactifs chimiques.
L’équipe du professeur Uwe Bornscheuer à l’Institut de biochimie de l’Université de Greifswald, en collaboration avec des scientifiques de la société Covestro (Leverkusen), a maintenant identifié les enzymes clés capables de dégrader le polyuréthane en ses éléments constitutifs après un prétraitement chimique.
« La recherche de ces biocatalyseurs spécifiques a été très laborieuse car nous avons dû cribler environ deux millions de candidats afin de découvrir les trois premières enzymes, dont il a été prouvé qu’elles rompaient la liaison chimique spéciale présente dans les polyuréthanes », explique Ph.D. l’étudiant Yannick Branson (Université de Greifswald), décrivant l’enjeu de ce projet.
« Avec cette découverte révolutionnaire, nous avons maintenant la condition préalable pour concevoir sur mesure ces biocatalyseurs en utilisant des méthodes d’ingénierie des protéines qui visent à développer un recyclage industriel des polyuréthanes », explique encore le professeur Uwe Bornscheuer (Université de Greifswald). « Grâce à ces enzymes nouvellement identifiées, nous nous rapprochons beaucoup de notre objectif d’une économie circulaire pour l’industrie des polymères », ajoute le Dr Gernot Jäger, responsable du centre de compétence pour la biotechnologie chez Covestro AG (Leverkusen).
Les alcools polyvinyliques (PVA) ont des propriétés polyvalentes et sont également largement utilisés, par exemple pour le revêtement de fibres et comme feuilles d’emballage. Jusqu’à présent, aucun processus mature n’existe pour la dégradation du PVA. Ici, l’équipe du professeur Bornscheuer a également pu développer les principes de base d’un procédé biotechnologique avec un expert en polymères de l’University College Dublin (Irlande) et des scientifiques de Leipzig. La dégradation du PVA pourrait être obtenue grâce à la combinaison élégante de trois enzymes différentes, qui sont alors capables de modifier le polymère de manière progressive pour obtenir des fragments du polymère, qui peuvent ensuite être utilisés pour son recyclage.
Plus d’information:
Yannick Branson et al, Uréthanases pour l’hydrolyse enzymatique des carbamates de bas poids moléculaire et le recyclage des polyuréthanes, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI : 10.1002/anie.202216220
Gerlis von Haugwitz et al, Synthèse de poly(alcools vinyliques) modifiés et leur dégradation à l’aide d’une cascade enzymatique, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI : 10.1002/anie.202216962
Fourni par Universität Greifswald