Rencontrez la startup de New Haven qui veut digérer votre plastique

Michael Magaraci, à gauche, scientifique de la plate-forme enzymatique Protein Evolution, explique sa partie du processus de développement d'enzymes avec Brian Mansaku, centre, développeur de processus en chef, et Connor Lynn, directeur commercial, dans leur laboratoire de New Haven en février. L'entreprise crée des enzymes personnalisées pour digérer le plastique jusqu'à ses molécules constitutives pour un véritable recyclage.

Niché dans un bâtiment en brique sans prétention à East Rock, une startup de New Haven estlutteremplacer le système mondial de recyclage. Protein Evolution, fondée en 2021, développe discrètement une nouvelle façon de recycler le plastique. Il pense qu'il peut éventuellement recycler les tissus en polyester, les tapis et autres plastiques qui finissent dans des décharges débordées. L'entreprise affirme que son principal concurrent est le système de recyclage lui-même.

"Les deux tiers du polyester entrent dans les textiles, vos chemises en polyester, vos shorts de course, ce tapis", a déclaré le directeur commercial Connor Lynn, désignant le tapis dans les bureaux de Protein Evolution. "La plupart des gens connaissent le recyclage des bouteilles, mais nous ne nous arrêtons pas nécessairement là. ... Nous utilisons la biologie pour recycler."

La société construit et conçoit des enzymes personnalisées pour décomposer le plastique polyéthylène (PET) et le polyester en ses composants. Ces composants plastiques peuvent ensuite être filtrés et synthétisés en plastique entièrement nouveau. Les produits de la digestion sont l'éthylène glycol et l'acide téréphtalique, les éléments constitutifs du nouveau polyester.

"Au lieu de considérer les déchets comme ce matériau qui est fondamentalement en fin de vie", a déclaré Lynn, "nous pouvons en libérer le potentiel en tant que matière première ou source très bon marché pour créer des produits chimiques précieux, comme ceux qui entrent dans la production de polyester."

Le processus utilise un minimum d'énergie et se produit à température ambiante. S'il évolue, ce serait un moyen de recyclage incroyablement économe en énergie.

Leur laboratoire est organisé comme un entonnoir. À une extrémité, de puissants ordinateurs simulent d'éventuelles enzymes, les examinant pour leur capacité à mâcher du plastique.

"Nous utilisons des méthodes informatiques, comme l'IA, pour prédire les meilleures enzymes", a déclaré Brian Mansaku, directeur du développement des procédés chez Protein Evolution. "Les méthodes de calcul sont vraiment efficaces pour identifier les aiguilles dans la botte de foin."

Après avoir identifié les enzymes possibles parmi des millions de candidats, un laboratoire humide exécute une série de tests pour les éliminer. Vers l'arrière du laboratoire, des incubateurs contenant des bactéries génétiquement modifiées cultivent les meilleures enzymes à grande échelle.

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Le grand réacteur de test dans l'espace de laboratoire de Protein Evolution, une startup de recyclage de plastiques de New Haven, est vu enveloppé de noir contre les fenêtres. Le réacteur d'essai digère le plastique PET en ses monomères composants.

Les déchets textiles de la créatrice de mode Stella McCartney attendent les tests de digestion dans le laboratoire de test de Protein Evolution. En cas de succès, Protein Evolution pourra recycler les tissus en polyester en plus des matériaux recyclés plus conventionnels.

"Nous tirons vraiment parti des nombreuses avancées de la biologie synthétique", a déclaré Mansaku. "Nous concevons des unités biologiques, les enzymes et l'ADN qui les code."

Près d'une fenêtre donnant sur une cour de l'ère de la révolution industrielle, un énorme réacteur à enzymes agite une solution d'enzymes et de poudre de PET, exécutant la réaction de recyclage comme une preuve de concept. Michael Magaraci, directeur de l'ingénierie de la plate-forme, a déclaré qu'à terme, l'idée est de générer suffisamment d'enzymes pour construire une usine capable de traiter 50 000 kilotonnes de polyesters par an.

"Dans le réacteur ici, nous combinons en fait l'enzyme avec le plastique pour le transformer en monomère", a déclaré Margarci, désignant une bouteille de la taille d'un réfrigérateur avec une tige d'agitation mécanique tournant à l'intérieur. "Le reste de l'équipement est exactement ce dont nous avons besoin pour séparer le monomère afin de le retransformer en plastique."

C'est comme la digestion. Lorsque vous mangez une banane, les enzymes de votre corps se mettent au travail pour décomposer les protéines et les amidons en acides aminés et en sucres simples. Vous prenez les grosses molécules complexes et vous les décomposez en parties. Le processus de Protein Evolution prend les longues chaînes de PET et les décompose en leurs composants. Ces monomères peuvent être purifiés et recombinés en plastique indiscernable du plastique nouvellement synthétisé à partir de combustibles fossiles.

"En théorie, si vous avez une bonne source de plastique et un moyen de le faire, vous pouvez essentiellement utiliser du plastique comme du pétrole brut", a déclaré Benjamin Elling, professeur de chimie et chercheur en plastique à l'Université Wesleyan. Il a expliqué que l'infrastructure existante de l'industrie chimique était déjà très efficace pour prendre de petites chaînes de carbone et les utiliser.

Protein Evolution est une start-up de New Haven fondée en 2021. La société crée des enzymes personnalisées pour digérer le plastique jusqu'à ses molécules constitutives pour un véritable recyclage. "Cela fait partie d'une économie circulaire", a déclaré Connor Lynn, directeur commercial.

La plupart des plastiques ne sont pas recyclés. Beaucoup de choses qui entrent dans les bacs de recyclage à flux unique - y compris les jouets, les films plastiques, les sacs et les tissus - finissent dans une décharge. Une grande partie de cela est prise dans les machines de recyclage, forçant des arrêts pour démêler l'équipement.

"En ce moment, le recyclage du plastique n'est pas circulaire", a déclaré Kim O'Rourke, coordinateur du recyclage pour Middletown. Elle a expliqué que la plupart des recyclages ne se produisent qu'une seule fois, voire pas du tout. "Votre récipient en plastique est mécaniquement décomposé... transformé en T-shirt ou en moquette ou en rembourrage pour un sac de couchage, et après cela, il va à la poubelle."

Le recyclage normal est plus précisément appelé downcycling. Lorsque le plastique recyclable est déchiqueté et fondu pour être réutilisé, il dégrade les chaînes de molécules qui composent le plastique. Pour être un produit utile, le plastique vierge est souvent ajouté au plastique recyclé pour le renforcer. C'est pourquoi les produits annoncent souvent le pourcentage de matériaux recyclés utilisés.

Le processus normal de recyclage est souvent coûteux et imparfait. Très peu de plastique finit par être recyclé à partir de sources à flux unique. Au cours des 40 dernières années, moins de 10 % du plastique produit a été recyclé. Selon une analyse de Beyond Plastics, un groupe de recherche basé au Bennington College dans le Vermont, ces dernières années, ce taux est tombé à 5 %.

"Les plastiques passent par un processus de tri, expédiés à un recycleur de plastique, puis ils sont coupés, transformés en granulés et transformés en un nouveau produit", a déclaré O'Rourke. Elle a expliqué que ce n'était que le processus pour les bouteilles et les grands contenants alimentaires en plastique. Les autres contenants en plastique ou en matériaux mixtes ne sont généralement pas recyclés en raison de problèmes de tri et de taille.

Selon une enquête du NPR, dans les années 1980, l'industrie du plastique avait de "sérieux doutes" sur le fait que le recyclage fonctionnerait un jour, mais a dépensé des millions de dollars pour promouvoir le recyclage dans le cadre d'une campagne concertée d'écoblanchiment.

"Honnêtement, nous ne sommes pas dans une bonne position", a déclaré Elling. « À l'échelle mondiale, nous produisons 380 millions de tonnes de plastique chaque année, et 75 % de cette quantité va dans une décharge aux États-Unis. Une grande partie est incinérée.

Une grande partie du problème est que les plastiques entrant dans un flux de recyclage doivent être d'une pureté et d'une qualité assez élevées. C'est pourquoi les contenants, comme les bouteilles, sont les produits les plus fréquemment recyclés. Les bouteilles sont fabriquées en plastique uniforme de haute pureté. Les bouteilles sont également facilement décomposées et déchiquetées en fragments fusibles.

"Il est difficile d'obtenir du matériel propre", a déclaré O'Rourke. "Avec le recyclage à flux unique, tout ce recyclage va ensemble … donc les gens ne savent pas quelles sont les règles, et les plastiques sont particulièrement déroutants, donc les gens surrecyclent."

Les tissus, les fibres, les films, les emballages et les tapis se coincent dans les machines et ne peuvent pas être décomposés. Les plastiques de qualité inférieure, les plastiques sales ou les plastiques laissés dans l'environnement sont souvent de trop mauvaise qualité pour se dégrader. En se dégradant, ils deviennent des microplastiques.

Si Protein Evolution réussit dans ses efforts pour intensifier le recyclage du plastique à base d'enzymes, il peut contourner un grand nombre de ces problèmes. Puisqu'il n'y a pas de processus de fusion, différents types d'éléments peuvent être ajoutés au réacteur enzymatique pour la digestion. Cela signifie que les tissus et films en polyester pourraient devenir recyclables. Les petits contenants pourraient être digérés - même certains matériaux mélangés.

"Vous ne pouvez vraiment pas chauffer une nouvelle polaire Patagonia et la transformer en bouteille", a déclaré Elling. "L'avantage de quelque chose comme ça est qu'il pourrait le décomposer en petites molécules qui pourraient, en théorie, être séparées des autres composants non digestibles."

L'entreprise s'est associée à la marque de haute couture Stella McCartney pour développer un procédé de recyclage des tissus et des tapis en polyester. Des échantillons d'une ligne de conception récente attendent d'être testés, enroulés dans des fûts. Stella McCartney est l'un des premiers investisseurs de Protein Evolution.

"Ce sont en fait des matériaux en stock de sa chaîne de production", a déclaré Lynn. "Sinon, ils iraient dans un incinérateur ou une décharge."

Un procédé à base d'enzymes pourrait également accepter des contenants en plastique de moindre qualité que les méthodes conventionnelles. Les enzymes ne réagissent qu'à des cibles spécifiques, de sorte que tout ce qu'elles ne peuvent pas dégrader peut être filtré pendant le processus de purification. Cela réduirait considérablement les coûts de tri et rendrait le recyclage plus abordable en général.

Protein Evolution se concentre uniquement sur les plastiques PET et polyester pour le moment. Le PET est le plastique le plus facile à recycler en raison de sa structure moléculaire et l'un des plus courants en circulation. Lynn a expliqué qu'ils devraient créer de nouvelles enzymes pour chaque plastique, comme le nylon, l'élasthanne (Spandex) ou d'autres types de polyester.

"Ce à quoi cela ressemble maintenant est un système à une seule enzyme", a déclaré Lynn. "Alors que nous passons à des matériaux plus complexes, vous pouvez imaginer un cocktail, un système multi-enzymes."

Cela peut être plus difficile pour certains des plastiques à nombre élevé. De nombreux plastiques comme le polystyrène, le vinyle et les plastiques acryliques n'ont pas une structure chimique aussi facile à dégrader. Contrairement aux polyesters, qui sont liés par une liaison carbone-oxygène, les autres polymères sont constitués de chaînes carbone-carbone, qui sont très résistantes.

"Notre corps crée des liaisons carbone tout le temps. Nous avons des enzymes qui le font, mais c'est un processus énergivore", a déclaré Elling. "Pour aller dans le sens inverse, vous devez mettre plus d'énergie, ou vous avez besoin d'un très bon catalyseur qui abaissera la barrière énergétique."

Mais tout cela est un problème lointain. Pour l'instant, Protein Evolution se concentre sur la mise à l'échelle. Lynn espère qu'ils pourront disposer d'une installation de démonstration à grande échelle avant la fin de 2025.

"Nous avons fait d'énormes progrès", a déclaré Lynn. "Nous générons un vrai monomère qui est envoyé pour être produit dans un nouveau plastique. À partir de là, tout est question d'échelle."