Plasticvervuiling is een van de meest urgente milieuproblemen van onze tijd geworden. Met miljoenen tonnen plastic afval die elk jaar in oceanen, bodems en stortplaatsen ophopen, is het zoeken naar duurzame oplossingen urgenter dan ooit.
In het licht van dit probleem heeft een verrassende ontdekking de aandacht getrokken van wetenschappers en het publiek: sommige schimmels hebben het vermogen om plastic te "eten". Dit artikel onderzoekt deze potentiële revolutionaire oplossing, met een gedetailleerd overzicht van het huidige wetenschappelijk onderzoek, de uitdagingen en mogelijke toekomstige toepassingen.
Src : https://www.actu-environnement.com/ae/news/deux-nouvelles-etudes-prence-plastique-oceans-31174.php4
1. De verwoestende impact van plastic op het milieu
De wereldwijde productie van plastic heeft de 400 miljoen ton per jaar overschreden, en het merendeel van deze plastics eindigt als afval na vaak zeer kortdurend gebruik.
Plastic, vanwege zijn chemische samenstelling, doet er eeuwen over om natuurlijk af te breken, wat leidt tot een enorme ophoping van plastic afval in het milieu. De oceanen bevatten bijvoorbeeld tegenwoordig meer dan 150 miljoen ton plastic, wat 'eilanden' van drijvend afval creëert, zoals de beruchte "Great Pacific Garbage Patch".
Plastic breekt niet volledig af in de natuur; het fragmentariseert in microplastics, kleine deeltjes die ecosystemen en de voedselketen binnendringen.
Deze microplastics zijn gevonden in vissen, weekdieren en zelfs in drinkwater. Ze vormen een gevaar, niet alleen voor de fauna die ze per ongeluk kan inslikken, maar ook voor de menselijke gezondheid.
2. Schimmels: Krachtige Natuurlijke Afbrekers
Schimmels spelen een cruciale rol in natuurlijke ecosystemen als afbrekers. In tegenstelling tot planten, die fotosynthese gebruiken, breken schimmels organisch materiaal af met behulp van enzymen die ze in hun omgeving afscheiden. Dit proces maakt het mogelijk essentiële voedingsstoffen in de bodem te recyclen. Maar recentelijk ontdekten onderzoekers dat sommige schimmels in staat zijn veel resistentere materialen af te breken, waaronder plastic. ( Khan, S., et al. (2017). "Biodegradation of Polyester Polyurethane by Aspergillus tubingensis." Environmental Pollution, 225, 469-480)
Deze afbrekende schimmels produceren enzymen zoals peroxidases en laccases, die de lange polymeerketens in plastics kunnen afbreken. Dit proces lijkt op dat wat ze gebruiken om complexe materialen zoals hout af te breken.
Dit unieke vermogen heeft aanzienlijke interesse gewekt binnen de wetenschappelijke gemeenschap, die deze schimmels wil benutten om plastic afval te behandelen.
3. De Plasticetende Schimmels: Een Revolutionaire Oplossing?
Twee schimmelsoorten trokken vooral de aandacht vanwege hun vermogen om plastic af te breken: Pestalotiopsis microspora en Aspergillus tubingensis.
-
Pestalotiopsis microspora : Oorspronkelijk ontdekt in het tropisch regenwoud van Ecuador, heeft deze schimmel het unieke vermogen om polyurethaan af te breken, een soort plastic dat veel wordt gebruikt in producten variërend van kleding tot koelkasten. Onderzoekers van de Yale Universiteit, die studies hebben uitgevoerd over Pestalotiopsis microspora, ontdekten dat deze schimmel niet alleen polyurethaan kan afbreken in afwezigheid van zuurstof, maar het ook kan omzetten in biomassa, wat het een potentiële oplossing maakt voor anaërobe stortplaatsen.
-
Aspergillus tubingensis : Ontdekt op een stortplaats in Pakistan, bleek Aspergillus tubingensis in staat om polyester binnen enkele weken af te breken. Deze schimmel werkt door enzymen uit te scheiden die de chemische bindingen van het plastic verbreken, waardoor de afbraak wordt vergemakkelijkt. Onderzoek door wetenschappers van het Kunming Instituut voor Botanica heeft aangetoond dat dit proces kan worden versneld door de omgevingsomstandigheden aan te passen, zoals pH en temperatuur.
4. Hoe Werkt het Proces van Plasticafbraak door Schimmels?
Het proces van plasticafbraak door schimmels is gebaseerd op enzymatische activiteit. Schimmels scheiden enzymen uit zoals hydrolasen, die plastic polymeren afbreken tot kleinere monomeren. Hier zijn de belangrijkste stappen van het proces:
-
Hydrolyse : Schimmelenzymen vallen de esterbindingen in plastic polymeren aan, waardoor de lange en complexe ketens worden verbroken in kleinere, oplosbare eenheden.
-
Biodegradatie : Zodra de polymeren zijn afgebroken tot monomeren, gebruiken de schimmels deze als koolstof- en energiebron. Dit proces breekt niet alleen plastic af, maar zet het ook om in biomassa en andere organische verbindingen.
Onderzoek heeft aangetoond dat bepaalde schimmelsoorten het gewicht van plastic afval binnen enkele weken met 40 tot 60% kunnen verminderen. De afbraaksnelheid hangt echter af van veel factoren, zoals het type plastic, de enzymconcentratie en omgevingsomstandigheden zoals temperatuur en vochtigheid.
5. Praktische Toepassingen en Toekomstig Potentieel
Het gebruik van plasticetende schimmels biedt een enorm potentieel voor afvalbeheer. Praktische toepassingen zijn onder andere:
-
Bioremediatie van stortplaatsen : Schimmels zouden gebruikt kunnen worden om plastic afval op stortplaatsen te behandelen, waardoor het volume wordt verminderd en het risico op milieuverontreiniging afneemt.
-
Afvalwaterzuiveringssystemen : Schimmels zouden geïntegreerd kunnen worden in afvalwaterzuiveringssystemen om microplastics af te breken, waardoor de plasticvervuiling in waterlopen en oceanen wordt verminderd.
-
Duurzame productie : Door gebruik te maken van schimmels om enzymen te produceren die plastic afbreken, zou het mogelijk kunnen zijn om gemakkelijker biologisch afbreekbare kunststofmaterialen te ontwikkelen.
Biotechnologie-startups zoals Biohm in het Verenigd Koninkrijk en Fungi Mutarium in Oostenrijk werken al aan commerciële toepassingen van schimmels voor de afbraak van plastic en de ontwikkeling van duurzame materialen. Er zijn echter nog veel uitdagingen te overwinnen voor grootschalige implementatie.
6. Uitdagingen en beperkingen bij het gebruik van plasticetende schimmels
Hoewel veelbelovend, hebben plasticetende schimmels belangrijke beperkingen en uitdagingen:
-
Specifieke groeicondities: Schimmels vereisen specifieke groeicondities, zoals optimale pH- en vochtigheidsniveaus, die moeilijk op grote schaal te reproduceren zijn.
-
Variabele afbraaksnelheid: Niet alle soorten kunststoffen worden even gemakkelijk afgebroken door schimmels. Bijvoorbeeld, kunststoffen met een hoge dichtheid zoals polyethyleen met hoge dichtheid (HDPE) zijn resistenter dan kunststoffen met een lage dichtheid.
-
Potentiële milieueffecten: Het introduceren van afbrekende schimmels in niet- gecontroleerde omgevingen kan onvoorziene effecten hebben op lokale ecosystemen.
Ondanks deze uitdagingen kunnen voortgezet onderzoek en technologische verbeteringen helpen deze obstakels te overwinnen. Schimmels bieden een potentiële biologische oplossing voor de wereldwijde plasticcrisis, maar ze moeten slechts worden gezien als een onderdeel van een bredere en geïntegreerde aanpak van plasticafvalbeheer.
7. Conclusie: Schimmels, een hoop voor een toekomst zonder plastic?
Plasticetende schimmels vormen een innovatieve en natuurlijke benadering om de wereldwijde crisis van plasticafval aan te pakken. Door complexe kunststofpolymeren af te breken tot hun basisonderdelen, kunnen deze schimmels een duurzame oplossing bieden voor afvalbeheer en bioremediatie. Hun grootschalige toepassing vereist echter verder onderzoek, tests en technologische ontwikkelingen.
Het is essentieel om natuurlijke oplossingen zoals schimmels te blijven onderzoeken, terwijl strategieën voor vermindering, hergebruik en recycling van kunststoffen worden geïntegreerd. Met een intensievere samenwerking tussen wetenschappers, overheden en bedrijven is het mogelijk te hopen op een toekomst waarin kunststoffen geen last meer vormen voor onze planeet.
