生物科技為塑膠廢棄物處理帶來曙光

生物醫學系 楊淑元助理教授

塑膠在現代生活中無所不在，各式產品應用深廣，其他素材難以代替。但塑膠產品好用的原因，從輕巧穩定到價格低廉，恰都是這個材料的使用逐年增加，成為現今最大的環保挑戰之一的緣由。塑膠是石化製品，因此大量使用，對於刻不容緩的減碳工作是很大的障礙；持續累積無法分解的塑膠廢棄物，也已使得不論是陸地環境或是海洋生態中，都存在很多難以處理的塑膠垃圾及微粒汙染。

塑膠問題最重要的解方莫過於減塑，因此這是近年來各國重點推動的環保政策。除了減少新塑膠的生產和使用，另外一端也需要方法來分解塑膠。目前處理塑膠廢棄物的方式，最大宗的是掩埋和焚化。焚化可以產生能源，也能大幅減少廢棄物體積，但就資源循環利用的角度還是相當不經濟。塑膠雖然能夠回收後以化學方法再生，但由於產品多元，混合回收後不容易有效再依成分分類，且各種塑膠的再生製程不同，因此在成本考量下，時常回收後還是以焚化處理，實際上的再生比例並不高。

生物工程的興起，帶來了以生物方法再生塑膠的新可能。各類塑膠中，目前發展得最快的是用於寶特瓶的聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate, PET）塑膠。2016 年時，日本科學家從回收場中新發現一株具有顯著分解 PET 塑膠能力的細菌，命名為大阪堺菌(I. sakaiensis)，並找到裂解 PET 所需的相關酵素，包括將長聚合物降解為單體的 PET 酶、以及將單體代謝為可供細菌使用物質的 MHET (Mono-(2-hydroxyethyl)terephthalate) 酶等。這個突破性的發現促使多個實驗團隊嘗試優化這幾個酵素分解 PET 塑膠的能力。2020 年九月，英美合作團隊即發現，把大阪堺菌的 PET 酶、MHET 酶兩個酵素串聯成為一個蛋白質時，分解 PET 的效率更為優異。

另外一個已知能夠分解 PET 塑膠的是枝葉堆肥角質酶(leaf-branch compost cutinase, LCC)，這是一個透過總體基因體學在枝葉堆肥的微生物中找到的酵素。2020 年初有法國團隊發表 LCC 分解塑膠能力奇佳，可能比大阪堺菌酵素更好，且經由基因工程改造過後的角質酶，分解 PET 塑膠效率還可以再加倍。

上述兩組酵素都是生物分解塑膠的潛力股，不過 PET 在所有塑膠中只佔不到十分之一的比例，且 PET 塑膠已經是現下回收後以化學方法再生效率最好的種類了。這意味著以生物方式分解其他種類塑膠，甚至是使用混合材質塑料的產品，還有廣大的開發空間。生物分解塑膠的另一個願景是，使用多種微生物或是酵素，將不同的塑膠材質轉化為其他可利用的有機物質，克服塑膠混合回收的問題。

我們面對現下的鉅大環境問題，生物科技有潛力成為重要的解方，需要投入更多的力量去發展！