Conoce a la startup de New Haven que quiere digerir tu plástico

Michael Magaraci, a la izquierda, científico de la plataforma de enzimas Protein Evolution, explica su parte del proceso de desarrollo de enzimas con Brian Mansaku, centro, desarrollador jefe de procesos, y Connor Lynn, director comercial, en su laboratorio de New Haven en febrero. La compañía construye enzimas personalizadas para digerir el plástico hasta sus moléculas componentes para un verdadero reciclaje.

Escondido en un modesto edificio de ladrillos en East Rock, una nueva empresa de New Haven estáluchapara reemplazar el sistema mundial de reciclaje. Protein Evolution, fundada en 2021, ha estado desarrollando silenciosamente una nueva forma de reciclar plástico. Cree que eventualmente puede reciclar telas de poliéster, alfombras y otros plásticos que terminan en vertederos abrumados. La compañía dice que su principal competidor es el propio sistema de reciclaje.

"Dos tercios del poliéster se usan en textiles, sus camisas de poliéster, sus pantalones cortos para correr, esta alfombra", dijo el director comercial Connor Lynn, señalando la alfombra en las oficinas de Protein Evolution. "La mayoría de la gente está familiarizada con el reciclaje de botellas, pero no necesariamente nos detenemos ahí... Utilizamos la biología para reciclar".

La empresa construye y diseña enzimas personalizadas para descomponer el plástico de polietileno (PET) y el poliéster en sus componentes. Estos componentes de plástico se pueden filtrar y sintetizar en plástico completamente nuevo. Los productos de la digestión son etilenglicol y ácido tereftálico, los componentes básicos del nuevo poliéster.

"En lugar de ver los desechos como este material que es básicamente el final de la vida", dijo Lynn, "podemos desbloquear su potencial como una materia prima o fuente muy barata para crear productos químicos valiosos, como los que se utilizan para producir poliéster".

El proceso usa energía mínima y ocurre a temperatura ambiente. Si escala, sería un medio de reciclaje increíblemente eficiente desde el punto de vista energético.

Su laboratorio está dispuesto como un embudo. En un extremo, poderosas computadoras simulan posibles enzimas, evaluándolas por su capacidad para masticar plástico.

"Usamos métodos computacionales, como IA, para predecir las mejores enzimas", dijo Brian Mansaku, director de desarrollo de procesos en Protein Evolution. "Los métodos computacionales son realmente buenos para identificar agujas en el pajar".

Después de reducir las posibles enzimas de millones de candidatos, un laboratorio húmedo realiza una serie de pruebas para eliminarlas. Hacia la parte trasera del laboratorio, las incubadoras con bacterias modificadas genéticamente cultivan las mejores enzimas a escala.

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El gran reactor de prueba en el espacio de laboratorio de Protein Evolution, una nueva empresa de reciclaje de plásticos de New Haven, se ve envuelto en negro contra las ventanas. El reactor de prueba digiere el plástico PET en los monómeros que lo componen.

Los desechos textiles de la diseñadora de moda Stella McCartney esperan pruebas de digestión en el laboratorio de pruebas de Protein Evolution. Si tiene éxito, Protein Evolution podrá reciclar tejidos de poliéster además de materiales reciclados más convencionales.

"Realmente estamos aprovechando muchos avances en biología sintética", dijo Mansaku. "Estamos diseñando unidades biológicas, las enzimas y el ADN que las codifica".

Junto a una ventana que da a un patio de la era de la Revolución Industrial, un enorme reactor de enzimas agita una solución de enzimas y polvo de PET, ejecutando la reacción de reciclaje como prueba de concepto. Michael Magaraci, director de ingeniería de plataformas, dijo que eventualmente la idea es generar suficiente enzima para construir una planta que procese 50.000 kilotones de poliésteres al año.

"En el reactor de aquí, en realidad combinamos la enzima con el plástico para descomponerlo en un monómero", dijo Margarci, señalando una botella del tamaño de un refrigerador con una varilla de agitación mecánica girando en su interior. "El resto del equipo es justo lo que necesitamos para separar el monómero y convertirlo de nuevo en plástico".

Es como la digestión. Cuando comes un plátano, las enzimas de tu cuerpo se ponen a trabajar para descomponer las proteínas y los almidones en aminoácidos y azúcares simples. Tomas las moléculas grandes y complejas y las descompones en partes. El proceso de Protein Evolution toma las largas cadenas de PET y las descompone en sus componentes. Esos monómeros se pueden purificar y recombinar en plástico indistinguible del plástico recién sintetizado a partir de combustibles fósiles.

"En teoría, si tiene una buena fuente de plástico y una forma de hacerlo, básicamente puede usar plástico como el petróleo crudo", dijo Benjamin Elling, profesor de química e investigador de plásticos en la Universidad Wesleyan. Explicó que la infraestructura existente de la industria química ya era muy buena para tomar pequeñas cadenas de carbono y ponerlas en uso.

Protein Evolution es una nueva empresa de New Haven fundada en 2021. La empresa crea enzimas personalizadas para digerir el plástico hasta sus moléculas componentes para un verdadero reciclaje. "Es parte de una economía circular", dijo Connor Lynn, director comercial.

La mayoría del plástico no se recicla. Muchas de las cosas que ingresan a los contenedores de reciclaje de flujo único, incluidos juguetes, películas de plástico, bolsas y telas, terminan en un vertedero. Gran parte de eso queda atrapado en la maquinaria de reciclaje, lo que obliga a detenerse para desenredar el equipo.

"En este momento, el reciclaje de plástico no es circular", dijo Kim O'Rourke, coordinadora de reciclaje de Middletown. Explicó que la mayor parte del reciclaje solo ocurre una vez, si es que ocurre. "Su contenedor de plástico se descompone mecánicamente... se convierte en una camiseta, una alfombra o un relleno para un saco de dormir, y luego se tira a la basura".

El reciclaje normal se llama más exactamente downcycling. Cuando el plástico reciclable se tritura y se funde para su reutilización, degrada las cadenas de moléculas que componen el plástico. Para ser un producto útil, el plástico virgen a menudo se agrega al plástico reciclado para fortalecerlo. Es por eso que los productos a menudo anuncian el porcentaje de material reciclado utilizado.

El proceso de reciclaje normal suele ser costoso e imperfecto. En realidad, muy poco plástico termina siendo reciclado a partir de fuentes de flujo único. En los últimos 40 años, se ha reciclado menos del 10 por ciento del plástico producido. Según un análisis de Beyond Plastics, un grupo de investigación con sede en Bennington College en Vermont, en los últimos años, esta tasa se ha reducido al 5 por ciento.

"Los plásticos pasan por un proceso de clasificación, se envían a un reciclador de plástico, luego se cortan, se convierten en gránulos y se convierten en un nuevo producto", dijo O'Rourke. Explicó que este era solo el proceso para botellas y recipientes grandes de plástico para alimentos. Otros recipientes de plástico o materiales mixtos normalmente no se reciclan debido a problemas de clasificación y tamaño.

Según una investigación de NPR, en la década de 1980, la industria del plástico tenía "serias dudas" de que el reciclaje alguna vez funcionara, pero gastó millones de dólares en promover el reciclaje en una campaña concertada de lavado verde.

"Honestamente, no estamos en un gran lugar", dijo Elling. "A nivel mundial, producimos 380 millones de toneladas de plástico cada año, y el 75 por ciento de eso va a un vertedero en los Estados Unidos. Gran parte se incinera".

Una parte importante del problema es que los plásticos que ingresan a un flujo de reciclaje deben tener una pureza y calidad bastante altas. Por eso, los envases, al igual que las botellas, son los productos que más se reciclan. Las botellas están hechas de plástico uniforme de alta pureza. Las botellas también se descomponen y trituran fácilmente en fragmentos que se pueden derretir.

"Es difícil obtener material limpio", dijo O'Rourke. "Con el reciclaje de flujo único, todo ese reciclaje va junto... por lo que la gente no sabe cuáles son las reglas, y los plásticos son especialmente confusos, por lo que la gente recicla en exceso".

Las telas, las fibras, las películas, los empaques y las alfombras quedan atrapados en la maquinaria y no se pueden descomponer. Los plásticos de baja calidad, los plásticos sucios o el plástico que se ha dejado en el medio ambiente a menudo son de muy baja calidad para degradarse. A medida que se degradan, se convierten en microplásticos.

Si Protein Evolution tiene éxito en su esfuerzo por aumentar el reciclaje de plástico basado en enzimas, puede sortear muchos de estos problemas. Dado que no hay un proceso de fusión, se pueden agregar diferentes tipos de elementos al reactor enzimático para la digestión. Esto significa que las telas y películas de poliéster podrían volverse reciclables. Se pueden digerir recipientes pequeños, incluso algunos materiales mixtos.

"Realmente no se puede calentar un nuevo vellón de la Patagonia y volverlo a convertir en una botella", dijo Elling. "La ventaja de algo como esto es que podría descomponerlo en pequeñas moléculas que, en teoría, podrían separarse de otros componentes no digeribles".

La empresa se asoció con la marca de alta moda Stella McCartney para desarrollar un proceso para reciclar telas y alfombras de poliéster. Muestras de una línea de diseño reciente esperan ser probadas, enrolladas en barriles. Stella McCartney es una de las primeras inversoras de Protein Evolution.

"Estos son en realidad materiales de stock de su línea de producción", dijo Lynn. "De lo contrario, irían a un incinerador o vertedero".

Un proceso basado en enzimas también podría aceptar envases de plástico de menor calidad que los métodos convencionales. Las enzimas solo reaccionan a objetivos específicos, por lo que cualquier cosa que no puedan degradar podría filtrarse durante el proceso de purificación. Esto reduciría drásticamente los costos de clasificación y haría que el reciclaje fuera más asequible en general.

Por el momento, Protein Evolution solo se centra en los plásticos PET y poliéster. El PET es el plástico más fácil de reciclar debido a su estructura molecular y es uno de los más comunes en circulación. Lynn explicó que tendrían que construir nuevas enzimas para cada plástico, como nailon, elastano (Spandex) u otros tipos de poliéster.

"Lo que esto parece ahora es un sistema de una sola enzima", dijo Lynn. "A medida que avanzamos hacia materiales más complejos, se puede imaginar un cóctel, un sistema multienzimático".

Eso puede ser más difícil para algunos de los plásticos de mayor número. Muchos plásticos como la espuma de poliestireno, el vinilo y los plásticos acrílicos no tienen una base química tan fácil de degradar. A diferencia de los poliésteres, que están unidos por un enlace carbono-oxígeno, otros polímeros están hechos de cadenas carbono-carbono, que son muy fuertes.

"Nuestros cuerpos crean enlaces de carbono todo el tiempo. Tenemos enzimas que lo hacen, pero es un proceso que consume mucha energía", dijo Elling. "Para ir en la dirección contraria, necesita poner más energía, o necesita un catalizador realmente bueno que reduzca la barrera energética".

Pero todo eso es un problema lejano. Por ahora, Protein Evolution se centra en la ampliación. Lynn espera poder tener una instalación de demostración a escala antes de finales de 2025.

"Hemos hecho un enorme progreso", dijo Lynn. "Estamos generando monómero real que se envía para producir plástico nuevo. A partir de ahí, todo se trata de escala".