Enzimer có khả năng phân giải polyisopren tổng hợp. Những điều kiện cụ thể cho công nghệ này được các nhà nghiên cứu tại Đại học Martin Luther (MLU) ở Halle-Wittenberg và Viện Hóa sinh thực vật Leibniz (IPB) phát triển thành công và đưa vào nghiên cứu thử nghiệm.

 

Polyisoprene là thành phần chính của cao su tự nhiên và của nhiều loại cao su khác nhau, được sử dụng trong lốp xe hơi.

Cho đến nay, chỉ có thể phân hủy polyisoprene, có thành phần tương tự như cao su tự nhiên. Nghiên cứu của nhóm nhà khoa học, đăng trên trên tạp chí Green Chemistry cung cấp những hiểu biết quan trọng về nền kinh tế vòng tròn của cao su.

Cao su tự nhiên được sử dụng để sản xuất polyisoprene, sản phẩm này được sử dụng để sản xuất nhiều loại cao su khác nhau và chất dẻo. Polyisoprene là một phân tử chuỗi dài, hình thành bằng cách liên kết hàng trăm hoặc hàng nghìn phân tử isoprene nhỏ.

Nhà hóa học MLU Vico Adjedje cho biết, nhiều loại vi khuẩn có thể phân hủy polyisoprene tự nhiên với sự trợ giúp của các enzymer. Enzymer là các phân tử sinh học tạo ra các phản ứng hóa học xảy ra trong tất cả các sinh vật sống, từ các đơn bào đến con người.

Do nhu cầu toàn cầu các sản phẩm cao su lớn vượt mức nguồn dự trữ cao su tự nhiên hiện có thể đáp ứng, nên nguyên liệu ban đầu cho nhu cầu sản phẩm cao su chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học. Những biến thể tự nhiên và tổng hợp có các đặc tính tương tự, nhưng thể hiện một số khác biệt trong cấu trúc các phân tử được tạo thành.

Các nhóm nghiên cứu của GS TS Wolfgang Binder tại MLU và GS. TS Martin Weissenborn tại IPB và MLU đã tìm được phương pháp phân hủy polyisoprene sản xuất nhân tạo bằng cách sử dụng enzymer LCPK30.

GS Binder cho biết, nhóm nghiên cứu đã thành công chuyển hóa polyisoprene nhân tạo thành dạng mà enzymer cũng có thể phân hủy hiệu quả. Các nhà khoa học giả định, polyisoprene tổng hợp cần phải tồn tại trong dạng nhũ tương để enzymer có thể hoạt động bình thường.

Sữa, bao gồm phần lớn là nước và chất béo là một ví dụ điển hình về nhũ tương. Sữa tạo thành từ các hạt hình cầu có kích thước vài micromet, sự phân bố rộng trong nước khiến sữa đục.

Tương tự như chất béo, polyisoprene không hòa tan trong nước. Nhưng thiên nhiên có thể phân phối đồng đều polyisoprene trong nước như mủ cao su màu trắng sữa, thu hoạch trên các đồn điền cao su, được chế biến thành cao su tự nhiên.

Xuất phát từ loại sữa mủ cao su, các nhà nghiên cứu thành công trong việc phân bổ polyisoprene tổng hợp đồng đều trong nước, sử dụng một dung môi cụ thể. Enzymer phù hợp với nhũ tương nhân tạo và còn nguyên vẹn trong thời gian phản ứng phá vỡ các chuỗi phân tử dài của polyisoprene thành các đoạn nhỏ hơn.

Mục tiêu của các nhà nghiên cứu là trong tương lai gần là phân hủy các chất tương tự khác từ lốp xe ô tô. Có rất nhiều sự chuyển hóa được thực hiện với nguyên liệu ban đầu trước khi trở thành lốp xe hoàn thiện, về hóa học, các chuỗi phân tử liên kết chéo với nhau để thay đổi tính chất cơ học.

Chất hóa dẻo và chất chống oxy hóa cũng được thêm vào để tăng độ bền vững của lốp xe. Đặc biệt, những chất này tấn công vào cấu trúc và phá hủy các enzymer. Đây là một thách thức mà nhóm nhà khoa học đang nỗ lực tìm cách

Nhưng những kết quả đạt được nếu phân hủy thành công các polyisoprene tổng hợp tạo ra động lực quan trọng cho nền kinh tế tái chế. Những phát hiện mới có thể hình thành công nghệ xử lý các sản phẩm cao su thoái hóa thành hóa chất và hương liệu hoặc tái tạo thành nhựa mới.

Nhóm nghiên cứu sử dụng LCPK30 vì enzymer xuất hiện trong tự nhiên. Các nhà khoa học đang tiếp tục tối ưu hóa enzymẻr để LCPK30 không nhạy cảm với dung môi và kích hoạt những phản ứng phân hủy tiếp theo.