日前，國際權威期刊《自然》報道了國內外研究人員為解決塑料污染問題提出的三種策略及其標志性研究成果，南京工業(yè)大學生物與工程學院姜岷教授領銜的合成生物工程團隊在塑料生物降解領域取得的突破性進展位列其中。
酶催化降解
“除了通過經(jīng)濟懲處或政策杠桿等限塑措施外，塑料處置大致可歸為分類回收再造、焚燒供熱發(fā)電、化學分解循環(huán)、填埋集中處理等。”姜岷介紹，當前塑料垃圾處置主要以物理回收和化學回收為主，但新舊塑料混合改性再造，在提高塑料使命的同時，會使塑料成分氧化斷鏈最終導致壽命終結。焚燒雖快速，但存在二氧化碳和毒性物質排放問題；化學循環(huán)分解可將有機小分子化合物作為新的基礎化工原料，但其投資、技術和環(huán)境高；填埋處置會造成巨量的碳資源浪費。
“酶催化降解可以在溫和條件下將聚合物解聚為單體或低聚物，用來制造與原生塑料性質相同的再生塑料，達到閉環(huán)回收的目的，使得無限期地回收塑料成為可能。”該團隊董維亮教授在垃圾填埋場、森林和海洋中篩選出20多株能夠分解聚氨酯塑料（PU）的微生物，并在挖掘改造關鍵的塑料解聚酶，這些微生物和酶在2-3天的時間內，能將90%以上的PU降解，極大地推動了塑料酶催化解聚技術的發(fā)展。
PET塑料解聚酶
對“白色污染”家族中，另一支脈聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的降解，目前主要通過物理方法進行降級利用，如制作滌綸衣服等；通過化學工程手段煉制出對苯二甲酸、乙二醇等單體，進而進行同級循環(huán)。而該團隊周杰副教授通過合成生物學手段對PET塑料解聚酶進行再設計，通過酶法解聚可實現(xiàn)其完全解聚與循環(huán)利用，杜絕微塑料、微顆粒的產(chǎn)生。目前，此降解方法進展順利，原料預處理、酶制劑生產(chǎn)、原料催化解聚等技術已進入中試驗證階段，正在與相關企業(yè)進行產(chǎn)業(yè)化合作洽談。
技術成果被中國石化應用
“努力通過生物合成的方式加快對廢棄碳資源研究，做到變廢為寶、友好環(huán)境。”長期以來，姜岷團隊一直致力于通過生物降解方法治理環(huán)境問題，為發(fā)展低碳、綠色、循環(huán)的生物經(jīng)濟提供技術支持。他們通過混菌體系的合理設計和構建，將難以降解的秸稈、餐廚垃圾、廢棄塑料等轉化為有用化學品，技術成果被中國石化集團公司應用。“用秸稈、工業(yè)廢氣和固體廢棄物為原料制成琥珀酸、丁二酸，既解決了污染問題，又使得低附加值產(chǎn)品轉變?yōu)楦吒郊又祷瘜W品。”琥珀酸具有非常廣泛的用途，可廣泛用于合成生物可降解塑料，也可用作食品添加劑、防腐劑、解毒劑和用于合成鎮(zhèn)靜劑、止血藥、抗生素等。
與態(tài)創(chuàng)生物科技（廣州）有限公司合作
2022年，該團隊信豐學教授與態(tài)創(chuàng)生物科技（廣州）有限公司合作，布局百萬噸級可降解生物塑料（PSB）項目。PBS是一種在自然界中細菌或酶的作用下可完全生物降解聚合物，被視為環(huán)境友好型材料中的“潛力股”。按照原料來源，PSB可分為石油基PBS與生物基PBS兩大類。長期以來，全生物基PBS囿于成本問題，不能很好地進入市場。姜岷團隊在生物基PBS核心原料丁二酸工業(yè)菌株構建過程中省去了有氧菌體的培養(yǎng)過程，實現(xiàn)“一步厭氧”，從而大幅降低成本，使生物基PBS的成本直接追平石油基PBS。此外，還實現(xiàn)了生產(chǎn)1公斤丁二酸固定0.37公斤的二氧化碳。“努力讓合成生物模式改變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，為構建綠色低碳經(jīng)濟貢獻力量。”態(tài)創(chuàng)生物創(chuàng)始人兼CEO張志乾說，此次的合作，立足于助力“雙碳”目標實現(xiàn)、減少環(huán)境污染。
姜岷教授團隊
據(jù)悉，姜岷教授先后主持國家重點研發(fā)計劃等國家和省部級項目20余項，他所負責的實驗室獲批江蘇省教育廳首批認定的“中德廢棄碳資料生物煉制國際聯(lián)合實驗室”和石化聯(lián)合會“廢塑料生物催化解聚與循環(huán)利用重點實驗室”，所領銜的團隊是中歐組織間合作研究項目MIX-UP助力實現(xiàn)“碳中和”成員，這是一個由歐洲和中國的14個機構組成的聯(lián)盟。
中方姜岷教授與歐方Lars M. Blank教授聯(lián)合牽頭申報的MIX-UP項目曾獲2019年度國家自然科學基金組織間合作項目NSFC-EU項目（中歐）支持的高強度組織間合作研究項目，以完成利用微生物將塑料解聚成其組成的單體或低聚物并制造新的塑料，建立以“降塑再造”為核心理念的廢塑料生物煉制體系。
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