新奇微生物分解塑膠資源回收迎重大突破

THE MERIT TIMES

編譯／潘楠慕 2023-05-21

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海洋中的塑膠垃圾和魚。圖／美聯社、法新社、網路

攤販使用的塑膠袋。圖／美聯社、法新社、網路

印尼環保團體用寶特瓶做的裝置藝術，提醒人們重視塑膠垃圾汙染。圖／美聯社、法新社、網路

法國一處瓶裝水工廠。圖／美聯社、法新社、網路

漂流在科索沃摩拉瓦河的塑膠瓶和其他廢棄物。圖／美聯社、法新社、網路

漂浮在太平洋垃圾帶的垃圾。圖／美聯社、法新社、網路

多明尼加共和國一處海邊，堆積許多被海浪衝上岸的垃圾。圖／美聯社、法新社、網路

巴基斯坦工人在海德拉巴一處塑膠回收場，處理空塑膠瓶。圖／美聯社、法新社、網路

塑膠微粒廢棄物。圖／美聯社、法新社、網路

編譯／潘楠慕

科學家在阿爾卑斯山和北極發現一種能在低溫下消化塑膠的微生物，可能會是資源回收的寶貴工具，成為微生物應用於資源回收領域的重大突破。

科學家已曾發現能分解塑膠的微生物，但通常只能在30℃以上的環境下發揮作用，要應用於工業，必須先把環境加熱到所需溫度，不僅成本高得令人咋舌，而且這樣的資源回收方式並非碳中和。瑞士聯邦森林、雪與景觀研究所（Swiss Federal Institute WSL）科學家的最新發現，可望解決這個兩難。

該研究所的呂緹（Joel Ruthi）率領研究團隊，在格陵蘭、挪威北極圈地區的冷岸群島（Svalbard），和瑞士等地隨意堆置或者人為掩埋在地下一年的塑膠製品堆砌物中，採集了19種細菌菌株和15種真菌，然後在實驗室中，讓這些微生物在15℃的黑暗環境中，以單一菌株方式培養，接著測試這些菌株是否能分解不同種類的塑膠。

這些細菌菌株屬放線菌門（actinobacteria）和變形菌門（proteobacteria）下的13個屬；真菌則屬於子囊菌門（ascomycota）和毛霉菌門（mucoromycota）下的10個屬。實驗使用的塑膠包括不可生物分解的聚乙烯（PE）、可生物分解的聚氨酯（PU），以及兩種市售生物可分解的聚己二酸對苯二甲酸丁二酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）混和物。

測試結果顯示，即使在塑膠上培養126天，仍沒有任何一種菌株能夠分解PE，但是有19種菌株能夠在15℃下分解PU，這當中包括11種真菌和8種細菌；另外，有14種真菌和3種細菌能分解PBAT和PLA混和物。

呂緹說：「這項實驗計畫顯示，從高山和北極塑膠堆砌物取得的新型微生物類群，能在15℃的環境中分解可生物分解的塑膠製品，這些有機物可能有助於降低以酵素促進塑膠資源回收過程的成本和環境負擔。而且，更令人驚訝的是，這些菌株有很大部分都能夠分解至少一種塑膠。」

研究人員也試驗分解效果最好的菌株，發現neodevriesia和lachnellula屬的兩種真菌，能夠分解PE以外的其他所有試驗塑膠品。

研究人員在今年5月把這研究內容發表於《微生物學前線》（Frontiers in Microbiology）期刊，由於目前的測試僅分析細菌菌株和真菌在特定環境溫度下的分解能力，尚未發現最佳的工作溫度，不過，研究人員說，這些菌株在4℃到20℃之間都能發揮良好的分解力。參與研究的佛瑞（Beat Frey）說：「接下來的一大挑戰是鑒別出這些菌株產生的塑膠降解酶，並且優化取得大量蛋白質的過程，此外，可能也需要對這些酶進行調整，來優化其特性，例如蛋白質穩定度。」

遠洋垃圾堆衍生多種沿海生物

科學家發現，漂浮在加州和夏威夷之間的「太平洋垃圾帶」（ Great Pacific Garbage Patch）上，已經發展出沿海生物生態群，小螃蟹、海葵等生物在距離牠們原本棲息地數千英里之遠，面積廣達62萬平方英里的海洋垃圾堆中生活。

研究人員在發表於《自然─生態學與演化》（ Nature Ecology & Evolution）期刊的報告指出，已經有數十種沿海無脊椎動物有機體，能夠在漂浮海洋多年的塑膠垃圾堆存活、繁殖。科學家說，這項發現意味著，海洋的塑膠垃圾汙染，或許正使得通常無法在大海生存的物種，發展出一種新的漂浮生態系統。

有機廢棄物在幾個月、最多幾年內就會分解、沈入海底，但塑膠殘骸可在海上漂浮更久，這讓生物有機會在海洋生存多年並且繁殖。主持這項研究的美國國家食品和農業研究所（NIFA）科學研究員哈拉姆（Linsey Haram）說：「沿海生物如此頻繁出現，令人意外，我們發現的塑膠殘餘物上，7成都有牠們的蹤跡。」

哈拉姆和研究團隊先前從太平洋垃圾帶中打撈一百多件塑膠垃圾，從中鑒別出近500隻海洋無脊椎動物，共有46個不同物種，其中8成原本棲息在沿海地區。

哈拉姆說，他們發現的物種多數是沿海物種，而非原本預期的原生遠洋物種，「在許多塑膠殘餘物上發現同時存有遠洋和沿海物種，彼此爭奪生存空間」。

這些物種進入這片遠洋海域的影響尚且不明，哈拉姆說，可能會出現生存空間、食物資源的競爭，「他們或許也以對方為食物」，之前曾經有沿海海葵吃遠洋物種的證據，因此「這兩族群之間有一些掠奪競爭」。

對治塑膠汙染必從源頭減塑

能夠分解塑膠的酵素，可望催生新的塑膠回收方法，但是，這未必代表人類的「塑膠成癮」問題已接近盡頭。專家強調，酵素酶並非塑膠垃圾危機的完美解方，唯有社會、塑膠製造業合作，從源頭減塑，才能真正解決塑膠汙染。

2012年西班牙生物學家、業餘養蜂人貝里托基尼（Federica Bertocchini），偶然從蜂巢中發現會吃聚乙烯類（PE）塑膠的蠟蟲後，德國、日本、澳洲等國學者，陸續發現能分解不同類塑膠的真菌或酵素；亞洲國家開始停止接受來自其他國家的塑膠廢棄物後，酶降解塑膠技術更備受科學界的關注。

2019年全球製造了4.6億噸以石油和天然氣為原料的塑膠，預計2060年的數量將是這個數字的3倍。這些塑膠產品中，僅有9%透過較傳統的方式回收，屆時，能分解塑膠的酶，每年須有消化10億噸塑膠的能力，才足以解決塑膠廢棄物問題。

從事分解塑膠酶研究的智利天主教大學生物與醫學工程研究所副教授拉米瑞茲—薩米恩托（Cesar Ramirez-Sarmiento）指出，距離酵素降解技術成熟，還有一段長路，在此同時，當局應該更妥善管理塑膠製品。專家認為，塑膠製造商也要承擔責任，考慮其產品的可分解性，讓塑膠產品被使用後能用於製造新的產品。

倡議團體認為，真正改變塑膠垃圾危機的唯一選項，是從源頭停止生產塑膠。推動終結塑膠汙染的團體「超越塑膠」（Beyond Plastics）主席恩克（Judith Enck）說，「酶不太可能徹底解決塑膠問題，無法處理每年持續累積、數量龐大的塑膠，塑膠汙染問題的真正唯一解方，就是減少製造塑膠。」

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