Tekstiileissä käytettävän polyesterin biohajotus

Abstract

Tekstiilijäte aiheuttaa merkittäviä ympäristöongelmia. Tekstiilijätteen kertyminen kaatopaikoille vapauttaa ympäristöön haitallisia mikromuoveja aiheuttaen haittaa sekä ympäristölle että ihmisille. Nykyiset tekstiilijätteen kierrätysmenetelmät ovat puutteellisia, ja materiaaleja ei saada tehokkaasti kiertoon. Kierrätysongelmaan mahdollinen ratkaisu voisi löytyä mikrobeista ja biohajotuksesta. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää, onko tekstiileissä käytettävän polyesterin biohajotus mahdollista. Työssä käsitellään polyesteriä, koska se on yleisin käytetty tekstiilikuitu. Tarkastelu on rajattu polyetyleenitereftalaattiin eli PET-kuituun, koska se on eniten käytetty polyesterin muoto. Biohajotus voisi olla mahdollinen ratkaisu tekstiilijätteen kestävälle kierrätykselle ja ympäristöystävällisemmälle jätehuollolle.

Polyesteriä valmistetaan öljyntislaustuotteista, ja se luokitellaan muoviksi. Polyesterin rakenne koostuu lyhyistä hiilivetyketjuista ja toiminnallisista ryhmistä: esteriryhmistä, bentseenirenkaista ja hydroksyyliryhmistä. PET-muovia valmistetaan tereftaalihaposta ja etyleeniglykolista kondensaatioreaktiolla. Polyesterin sekä hyvä että huono puoli on, että polyesteri on kemiallisesti inertti eli vastustaa mikrobien luonnollista hajotusta. Tämä tekee materiaalista erittäin kestävän, mutta aiheuttaa ison kierrätysongelman. Polyesteri tekstiilimateriaalina aiheuttaa ympäristöhaittoja koko elinkaarensa ajan. Tekstiiliteollisuus on merkittävä kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttaja ja mikromuoveista iso osa on peräisin tekstiileistä.

Biohajotus on prosessi, jossa biologisesti hajotetaan suurempia yhdisteitä pienemmiksi yhdisteiksi. Biohajotus voi tapahtua esimerkiksi polymeeriketjun katkeamisena. Työssä käsitellään esimerkkinä Ideonella sakaiensis -bakteeria, jonka tiedetään hajottavan PET-muovia tuottamisensa entsyymien, PETaasin ja METaasin, avulla. Entsyymit hydrolysoivat PET-polymeerin takaisin PET-muovin lähtötuotteiksi eli etyleeniglykoliksi ja tereftaalihapoksi. Tämän jälkeen I.sakaiensisbakteeri pystyy käyttämään näitä monomeerejä pääasiallisena energian ja hiilen lähteenään. LCC eli leaf-branch compost cutinase -entsyymi pystyy myös hydrolysoimaan PET-muovia eli hajottamaan sen takaisin etyleeniglykologiksi ja tereftaalihapoksi. Etyleeniglykoli ja tereftaalihappo ovat ympäristölle vaarattomia aineita.

Tekstiileissä käytettävän PET-kuidun biohajotus voisi olla teoriassa mahdollinen, mutta siihen liittyy vielä monia haasteita. Haasteita aiheuttaa tekstiilien ominaispiirteet ja ympäristön olosuhteet. Tekstiileissä käytetyt kemikaalit ja värjäysaineet ovat haitallisia ympäristölle, ja saattavat vaikeuttaa myös biohajotusta. PET-kuitujen rakenne on monimutkainen ja kuidun kiteisyys aiheuttaa myös haasteen biohajotukselle. Tekstiilit ovat usein sekoitteita eli ne sisältävät kahta tai useampaa eri kuitua. Tämä myös vaikeuttaa biohajotusta, koska mikrobit ovat usein spesifejä vain tietylle muoville ja kykenevät vain tietyn polymeerin hajottamiseen.

Ratkaisuna biohajotuksen ongelmiin voisi olla geenitekniikka ja teollinen kierrätysprosessi. Teollisessa kierrätyksessä voitaisiin biohajotuksen lisäksi käyttää tarvittaessa jo muita olemassa olevia kierrätysmenetelmiä, esimerkiksi termistä-, mekaanista- tai kemiallista kierrätystä. Teollisessa prosessissa voidaan myös säätää olosuhteet mikrobien toiminnan kannalta optimaalisiksi. Entsyymit hajottavat PET-kuidun takaisin lähtöaineikseen eli etyleeniglykoloksi ja tereftaalihapoksi. Teollisuudessa voitaisiin käyttää näitä uuden PET-kuidun raaka-aineena. Geenitekniikan avulla voitaisiin muokata mikrobeille haluttuja ominaisuuksia, esimerkiksi kyky selviytyä paremmin olosuhteiden vaihteluista tai tuottaa entistä tehokkaammin entsyymejä. Myös entsyymejä voidaan muokata entsyymitekniikalla, jotta saadaan niille halutut ominaisuudet.

Geenitekniikan ja teollisen prosessin yhdistäminen voisi olla potentiaalinen vaihtoehto PE-kuitujen kierrättämisen mahdollistamiseksi. Tarvitaan kuitenkin vielä lisätutkimuksia PET-kuitua hajottavista mikrobeista ja entsyymeistä ja näiden muokkauksesta geeni- ja entsyymitekniikalla.