AI odkrywa enzym do recyklingu plastiku, który nie dawał się przetwarzać

Poliuretan o którym tu mowa, to plastik używany wszędzie, w poduszkach, wypełnieniach, butach sportowych, izolacji, gąbkach etc. Rocznie świat zużywa 22 miliony ton tego materiału. Problem w tym, iż jego cząsteczki są tu bardzo mocno ze sobą połączone i wytwarzają skomplikowaną, splątaną strukturę – tak zwane wiązania uretanowe.​

Klasyczny recykling, np. wykorzystujący wysokie temperatury nie działa, bo poliuretan nie topi się jak zwykłe plastiki. Dlatego większość trafia na wysypiska lub do spalarni. Stąd przemysł próbował innego podejścia, zwanego glikozą: tu poliuretan w wysokiej temperaturze rozpuszcza się w etylenie glikolu, który jest naturalnym rozpuszczalnikiem. Robi to, aby „rozciąć” łańcuchy na mniejsze części. Tyle, iż wiele produktów końcowych tego procesu jest bezwartościowych lub niebezpiecznych dla środowiska.​

Stąd naukowcy z Uniwersytetu Technologicznego w Pekinie postanowili użyć sztucznej inteligencji (konkretnie: sieci neuronowej grafowej GRASE), aby znaleźć lepszy enzym – białko, które może „jeść” poliuretan.​ Ich badanie opisane na łamach Science składało się z trzech etapów:

1. Uczenie maszyny: Naukowcy nakarmili sieć neuronową informacją o tysiącach enzymów z baz danych biologicznych.
2. Szukanie kandydatów: AI przeanalizowała ogromną liczbę możliwości i wskazała 24 najlepsze enzymy do testów laboratoryjnych.
3. Odkrycie: Okazało się, iż wiele enzymów tradycyjnie uznawanych za „esterazy” (enzymy rozkładające tłuszcze) rzeczywiście działały inaczej – były uretanazami, czyli enzymami specjalizującymi się w rozkładaniu wiązań uretanu.​

Te nowe enzymy rozkładają poliuretan w ciągu kilku godzin zamiast dni. Co ważne: mogą pracować bezpośrednio z produktami glikozy – czyli wpisują się naturalnie w istniejące linie recyklingowe fabryk.​ W testach laboratoryjnych enzymy osiągnęły 98,6 proc. rozkład piany poliuretanowej. Zamieniła się w pierwotne chemiczne komponenty (diaminy i polyole), które można natychmiast ponownie wykorzystać do produkcji nowego poliuretanu. Surowca, który od zawsze uznawano za „nie do recyklingu”