減塑大突破!中山大學用「酵素」助塑膠分解 日本發明展奪金

中山大學團隊研發環保塑膠的創新製備方法,製備出可於一般條件下自行分解的環保生物塑膠。示意圖。 圖/unsplash
中山大學團隊研發環保塑膠的創新製備方法,製備出可於一般條件下自行分解的環保生物塑膠。示意圖。 圖/unsplash

塑膠可在短時間內自行分解!中山大學環境工程研究所副教授張耿崚帶領團隊研發環保塑膠的創新製備方法,將酵素均勻分佈於聚L-乳酸(Polylactic Acid, PLA)結構中,製備出可於一般條件下自行分解的環保生物塑膠,為創新減塑與永續發展另闢蹊徑。

其研究成果備受關注,於2023日本 JDIE 真夏設計創意暨發明展中一舉摘金,並奪下羅馬尼亞特別獎。

張耿崚表示,相較於傳統化石原料生產的塑膠製品,聚L-乳酸(PLA)擁有更佳的物理、化學及機械特性,並兼具生物相容性與生物可分解性等優勢,成為目前最有發展潛力的生物可分解塑膠之一。

研究團隊將酵素(Lipase, Lactobacillus plantarum)結合 PLA 生物塑膠,改善了目前須在特定條件下才能完全被微生物分解的侷限,在一般環境中即可加速生物自行分解,提升環保塑膠應用推展的可能性。

中山大學環境工程研究所副教授張耿崚團隊研究成果於2023日本JDIE真夏設計創意暨發明展中摘金,並奪下羅馬尼亞特別獎。 圖/中山大學提供
中山大學環境工程研究所副教授張耿崚團隊研究成果於2023日本JDIE真夏設計創意暨發明展中摘金,並奪下羅馬尼亞特別獎。 圖/中山大學提供

張耿崚指出,傳統塑膠不僅消耗地球能源,也會加劇環境污染,已成為全世界迫切且關注的重要議題;除限制一般塑膠使用外,也亟需開發可替代傳統塑膠的材料。

雖然 PLA 在常溫環境中,會如同傳統塑膠長時間存在,不易分解,必須在攝氏58度、倚賴工業堆肥菌群足夠等特定條件下,才能發揮其生物可分解特性,導致許多國家使用 PLA 的意願不高。為改善此問題,研究團隊聚焦系統化控制並加速環保生物塑膠的分解速度,提出一套創新有效的製備方法,期能提升各國推廣意願,使環保塑膠使用率更加普及。

張耿崚說明,研究團隊首先使用特殊溶劑與酵素溶液在室溫下攪拌2小時,製作出包埋酵素的 PLA 薄膜,再將薄膜置於60℃和每分鐘100轉速(100 rpm)的培養箱中與酵素溶液反應。

結果顯示,相較於在反應溶液中額外添加酵素的 PLA 薄膜,含有酵素的 PLA 樣品在濃度0.1%與濃度1.0%酵素溶液中的分解效率更好;在濃度5.0%酵素溶液中,其分解效果在21天後可達到74%。以掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)分析,也顯示額外添加酵素與含有酵素的 PLA 薄膜,其外觀表面與分解情況有所差異。

「含有酵素的 PLA 薄膜在反應21天後,仍能保持其分解能力,證明以酵素結合生物塑膠具有更多生物自行分解應用的潛在可能性。」張耿崚強調,PLA 結合酵素有助於減少石化聚合物製造過程中溫室氣體的排放,在一般環境中即可加速生物自行分解,提供一項廢棄物管理和環境保護的方法,與聯合國永續發展目標 SDGs 理念相符。

希望未來能以綠色化學研究拓展生物可分解塑膠的應用層面與範圍,並取代傳統塑膠,在兼顧便利性的同時,降低對地球環境的危害。


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