Erik de Vries

Polyethylen (PE) ist der weltweit am häufigsten verwendete Kunststoff und trägt erheblich zur Kunststoffabfallkrise bei. Ein mikrobieller Abbau von PE in natürlicher Umgebung ist unwahrscheinlich, da die gesättigten Kohlenstoff‐Kohlenstoff‐Grundgerüste inert sind und von Enzymen nur schwer abgebaut werden können, was die Entwicklung einer biokatalytischen Recyclingmethode für PE‐Abfälle erschwert. In diesem Artikel demonstrieren wir die Depolymerisation von niedermolekularem PE (LMWPE) mit Hilfe einer Enzymkaskade, die eine Katalase‐Peroxidase, eine Alkoholdehydrogenase, eine Baeyer–Villiger‐Monooxygenase und eine Lipase umfasst, nachdem das Polymer mit m‐Chlorperoxybenzoesäure (mCPBA) und Ultraschall chemisch vorbehandelt wurde. In einem präparativen Experiment mit vorbehandeltem Polymer im Gramm‐Maßstab konnte mittels GC‐MS‐ und Gewichtsverlustbestimmungen ein Polymerabbau von ~27 % bestätigt werden. Dabei wurde die Bildung von funktionalisierten Molekülen mittlerer Größe wie ω‐Hydroxycarbonsäuren und α,ω‐Carbonsäuren erreicht. Zusätzliche Analysen von LMWPE‐Nanopartikeln mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) zeigten, dass die enzymatische Depolymerisation die Größe dieser mCPBA‐ und enzymbehandelten LMWPE‐Nanopartikel reduzierte. Dieses katalytische Multi‐Enzym‐Konzept mit unterschiedlichen chemischen Schritten stellt einen einzigartigen Ausgangspunkt für die künftige Entwicklung biobasierter Recyclingmethoden für Polyolefinabfälle dar.

Polyethylene (PE) is the most commonly used plastic type in the world, contributing significantly to the plastic waste crisis. Microbial degradation of PE in natural environments is unlikely due to its inert saturated carbon‐carbon backbones, which are difficult to break down by enzymes, challenging the development of a biocatalytic recycling method for PE waste. Here, we demonstrated the depolymerization of low‐molecular‐weight (LMW) PE using an enzyme cascade that included a catalase‐peroxidase, an alcohol dehydrogenase, a Baeyer Villiger monooxygenase, and a lipase after the polymer was chemically pretreated with m‐chloroperoxybenzoic acid (mCPBA) and ultrasonication. In a preparative experiment with gram‐scale pretreated polymers, GC‐MS and weight loss determinations confirmed ~27 % polymer conversion including the formation of medium‐size functionalized molecules such as ω‐hydroxycarboxylic acids and α,ω‐carboxylic acids. Additional analyses of LMWPE‐nanoparticles using AFM showed that enzymatic depolymerization reduced the sizes of these mCPBA‐ and enzyme‐treated LMWPE‐nanoparticles. This multi‐enzyme catalytic concept with distinct chemical steps represents a unique starting point for future development of bio‐based recycling methods for polyolefin waste.