あなたのプラスチックを消化したいと考えている New Haven のスタートアップを紹介します

2月にニューヘブン研究所で、タンパク質進化酵素プラットフォーム科学者のマイケル・マガラシ氏（左）が、プロセス開発主任ブライアン・マンサク氏（中央）、最高ビジネス責任者コナー・リン氏とともに酵素開発プロセスの一部を説明する。 同社は、真のリサイクルのためにプラスチックをその成分分子まで分解するカスタム酵素を構築しています。

イースト ロックの気取らないレンガ造りの建物にひっそりと佇むニューヘブンのスタートアップ企業ファインティング交換する世界的なリサイクルシステム。 2021年に設立されたProtein Evolutionは、プラスチックをリサイクルする新しい方法を密かに開発している。 同社は最終的には埋め立て地に捨てられるポリエステル生地、敷物、その他のプラスチックをリサイクルできると考えている。 同社によれば、主な競合相手はリサイクルシステムそのものだという。

「ポリエステルの3分の2は繊維製品、ポリエステルのシャツ、ランニングショーツ、この敷物に使われています」と最高ビジネス責任者のコナー・リン氏は、プロテイン・エボリューションのオフィスにある敷物を身振りで示しながら語った。 「ボトルのリサイクルについてはほとんどの人がよく知っていますが、私たちは必ずしもそこにとどまっているわけではありません。...私たちはリサイクルに生物学を利用しています。」

同社は、ポリエチレン プラスチック (PET) とポリエステルを構成部品に分解するためのカスタム酵素を構築および設計しています。 これらのプラスチック成分はろ過され、まったく新しいプラスチックに合成されます。 消化の生成物は、新しいポリエステルの構成要素であるエチレングリコールとテレフタル酸です。

リン氏は、「廃棄物を基本的に使用済みの材料として捉えるのではなく、ポリエステルの生産に使用されるような貴重な化学物質を作るための非常に安価な原料や原料としての可能性を解き放つことができる」と述べた。

このプロセスは最小限のエネルギーを使用し、室温で行われます。 それが大規模化すれば、信じられないほどエネルギー効率の高いリサイクル手段となるでしょう。

彼らの研究室は漏斗のように配置されています。 一方では、強力なコンピューターが酵素の可能性をシミュレートし、プラスチックを噛み砕く能力をスクリーニングします。

プロテイン・エボリューション社のプロセス開発ディレクター、ブライアン・マンサク氏は、「当社はAIなどの計算手法を利用して、最適な酵素を予測している」と述べた。 「コンピューターによる手法は、干し草の山の中から針を特定するのに非常に優れています。」

数百万の候補から考えられる酵素を絞り込んだ後、ウェットラボではそれらを取り除くために一連のテストを実行します。 研究室の奥には、遺伝子組み換え細菌を入れた培養器があり、最高の酵素を大規模に培養しています。

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ニューヘブンのプラスチックリサイクルスタートアップ企業、プロテイン・エボリューションの研究室スペースにある大型のテストリアクターが、窓を背景に黒く覆われているのが見える。 テストリアクターは、PET プラスチックをその成分モノマーに分解します。

ファッションデザイナー、ステラ・マッカートニーのスクラップテキスタイルは、プロテイン・エボリューションのテストラボで消化テストを待っています。 成功すれば、Protein Evolutionは従来のリサイクル材料に加えてポリエステル生地もリサイクルできるようになる。

「私たちは合成生物学の多くの進歩を実際に活用しています」と万作氏は語った。 「私たちは生物学的単位、酵素、そしてそれらをコードする DNA を工学的に設計しています。」

産業革命時代の中庭を見下ろす窓のそばでは、巨大な酵素反応器が酵素の溶液と PET 粉末を撹拌し、概念実証としてリサイクル反応を実行しています。 プラットフォームエンジニアリング担当ディレクターのマイケル・マガラシ氏は、最終的には年間5万キロトンのポリエステルを処理するプラントを建設するのに十分な酵素を生成する構想だと語った。

「ここの反応器では、実際に酵素とプラスチックを組み合わせてモノマーに分解します」とマルガルシ氏は、中で回転する機械式撹拌棒を備えた冷蔵庫ほどの大きさのボトルを指差しながら語った。 「残りの装置は、モノマーを分離してプラスチックに戻すために必要なものだけです。」

それは消化のようなものです。 バナナを食べると、体の酵素が働き、タンパク質とでんぷんをアミノ酸と単糖に分解します。 大きくて複雑な分子を取り出し、それらを部分に分解します。 プロテイン エボリューションのプロセスでは、PET の長い鎖を取得し、それらをコンポーネントに分解します。 これらのモノマーは精製され、化石燃料から新たに合成されたプラスチックと区別できないプラスチックに再結合することができます。

ウェスレヤン大学の化学教授でプラスチック研究者のベンジャミン・エリング氏は、「理論的には、適切なプラスチック源とその方法があれば、基本的には原油と同様にプラスチックを利用できる」と述べた。 同氏は、化学産業の既存のインフラは、小さな炭素チェーンを活用して活用することにすでに優れていると説明した。

Protein Evolution は、2021 年に設立されたニューヘブンの新興企業です。同社は、真のリサイクルのためにプラスチックを構成分子まで消化するためのカスタム酵素を構築しています。 「これは循環経済の一部だ」と最高ビジネス責任者のコナー・リン氏は語った。

ほとんどのプラスチックはリサイクルされません。 おもちゃ、プラスチックフィルム、バッグ、布地など、単一ストリームのリサイクル箱に入ったものの多くは最終的に埋め立て地に行きます。 その多くはリサイクル機械に巻き込まれ、機器のもつれを解くために停止を余儀なくされます。

ミドルタウンのリサイクルコーディネーター、キム・オルーク氏は「現時点では、プラスチックのリサイクルは循環的ではない」と語る。 彼女は、ほとんどのリサイクルは、たとえあったとしても 1 回しか行われないと説明しました。 「あなたのプラスチック容器は機械的に分解され、Tシャツやカーペット、寝袋の詰め物などに変わり、その後はゴミ箱に捨てられます。」

通常のリサイクルは、より正確にはダウンサイクルと呼ばれます。 リサイクル可能なプラスチックを再利用するために細断して溶かすと、プラスチックを構成する分子の鎖が劣化します。 有用な製品にするために、再生プラスチックにバージンプラスチックを加えて強化することがよくあります。 製品にリサイクル素材の使用率を宣伝することが多いのはこのためです。

通常のリサイクルプロセスは多くの場合コストがかかり、不完全です。 実際に単一の供給源からリサイクルされるプラスチックはほとんどありません。 過去 40 年間に、生産されたプラスチックのうちリサイクルされたのは 10 パーセント未満です。 バーモント州ベニントン大学に拠点を置く研究グループ、Beyond Plastics の分析によると、近年、この割合は 5% まで低下しました。

「プラスチックは選別プロセスを経て、プラスチックリサイクル業者に送られ、その後細かく砕かれ、ペレットに加工され、新しい製品に生まれ変わります」とオルーク氏は語った。 彼女は、これはボトルと大きなプラスチック製の食品容器のみのプロセスであると説明しました。 他のプラスチックまたは混合材料の容器は通常、分別やサイズの問題によりリサイクルされません。

NPRの調査によると、1980年代、プラスチック業界はリサイクルがうまくいくかどうかに「深刻な疑念」を抱いていたが、協調的なグリーンウォッシングキャンペーンでリサイクル促進に数百万ドルを費やした。

「正直に言って、我々は良い状況にあるわけではない」とエリング氏は語った。 「世界では毎年 3 億 8,000 万トンのプラスチックが生産されており、その 75% が米国の埋め立て地に捨てられています。その多くは焼却されています。」

問題の主な部分は、リサイクルの流れに入るプラスチックがかなり高純度で高品質でなければならないことです。 ボトルなどの容器が最も頻繁にリサイクルされる製品であるのはこのためです。 ボトルは高純度で均一なプラスチック製です。 ボトルも簡単に分解され、溶ける破片に細断されます。

「きれいな素材を入手するのは難しい」とオルーク氏は言う。 「単一ストリームのリサイクルでは、すべてのリサイクルが一緒に行われます...そのため、人々はルールが何であるかを知りません。プラスチックは特に混乱を招くため、人々は過剰にリサイクルします。」

生地、繊維、フィルム、包装、敷物が機械に巻き込まれ、分解できなくなります。 低品質のプラスチック、汚れたプラスチック、環境中に放置されたプラスチックは、多くの場合、品質が低すぎて分解できません。 分解するとマイクロプラスチックになります。

Protein Evolution が酵素ベースのプラスチックリサイクルを拡大する取り組みに成功すれば、これらの問題の多くを回避できる可能性があります。 溶解プロセスがないため、消化のためにさまざまな種類のアイテムを酵素リアクターに追加できます。 これは、ポリエステル生地やフィルムがリサイクル可能になる可能性があることを意味します。 小さな容器は、混合物であっても消化される可能性があります。

「新しいパタゴニアのフリースを加熱してボトルに戻すことは実際には不可能です」とエリング氏は言う。 「このようなものの利点は、理論的には他の非消化性成分から分離できる小さな分子に分解できることです。」

同社はハイファッションブランドのステラ・マッカートニーと提携し、ポリエステル生地や敷物をリサイクルするプロセスを開発した。 最近の設計ラインからのサンプルは、樽に丸められてテストを待っています。 ステラ マッカートニーは、プロテイン エボリューションの初期投資家の 1 人です。

「これらは実際に彼女の生産ラインからの在庫材料です」とリン氏は語った。 「そうでなければ、彼らは焼却場か埋め立て地に送られるでしょう。」

酵素ベースのプロセスでは、従来の方法よりも低品質の容器プラスチックも使用できる可能性があります。 酵素は特定の標的にのみ反応するため、分解できないものは精製プロセス中にろ過して除去できます。 これにより、分別コストが大幅に削減され、一般にリサイクルがより手頃な価格で行われるようになります。

Protein Evolution は、現時点では PET とポリエステルプラスチックのみに焦点を当てています。 PET はその分子構造からリサイクルが最も容易なプラスチックであり、最も一般的に流通しているプラ​​スチックの一部です。 Lynn 氏は、ナイロン、エラスタン (スパンデックス)、その他の種類のポリエステルなどのプラスチックごとに新しい酵素を構築する必要があると説明しました。

「これは現在、単一酵素システムのように見えます」とリン氏は語った。 「より複雑な材料に進むにつれて、カクテル、つまり複数の酵素システムを想像することができます。」

数値が大きいプラスチックでは、これがより困難になる場合があります。 発泡スチロール、ビニール、アクリルプラスチックなどの多くのプラスチックは、分解しやすい化学骨格を持っていません。 炭素-酸素結合によって結合されているポリエステルとは異なり、他のポリマーは炭素-炭素鎖でできており、非常に強力です。

「私たちの体は常に炭素結合を作っています。それを行う酵素がありますが、それはエネルギーを大量に消費するプロセスです」とエリング氏は言う。 「逆の方向に進むには、より多くのエネルギーを投入する必要があります。さもなければ、エネルギー障壁を下げる非常に優れた触媒が必要です。」

しかし、それはすべて遠い問題です。 今のところ、Protein Evolution はスケールアップに重点を置いています。 リン氏は、2025 年末までに大規模な実証施設を建設できることを望んでいます。

「私たちは大きな進歩を遂げました」とリン氏は語った。 「私たちは本物のモノマーを生成し、それを新しいプラスチックとして製造するために送り出しています。そこからはスケールがすべてです。」