En général, les plastiques sont traités à plus de cent degrés Celsius. Enzymes, par contre, ne peut généralement pas supporter ces températures élevées. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la recherche appliquée sur les polymères IAP ont réussi à concilier ces contradictions :ils sont capables d'intégrer des enzymes dans des plastiques sans que les enzymes ne perdent leur activité dans le processus. Les potentiels que cela crée sont énormes.

Des matériaux qui se nettoient, ont des surfaces anti-moisissure ou sont même autodégradables ne sont que quelques exemples de ce qui sera possible si nous parvenons à intégrer des enzymes actives dans les plastiques. Mais pour que les propriétés spécifiques de l'enzyme soient transférées aux matériaux, les enzymes ne doivent pas subir de dommages car ils sont noyés dans le plastique. Les scientifiques de Fraunhofer IAP ont développé une solution au problème dans le cadre du projet "Biofonctionnalisation/Biologisation des matériaux polymères BioPol". Depuis l'été 2018, le projet a été mené en coopération avec BTU Cottbus-Senftenberg. Le ministère des Sciences, La recherche et la culture de l'État de Brandebourg finance le projet.

« Il était clair dès le départ que nous ne cherchions pas à produire des plastiques biofonctionnalisés à l'échelle du laboratoire. Nous voulions faire un pas de géant pour montrer que la production technique est possible, " dit le Dr Ruben R. Rosencrantz, Responsable du département "Matériaux Biofonctionnalisés et (Glyco)Biotechnologie" chez Fraunhofer IAP, résumant les objectifs ambitieux du projet. Vers le milieu du projet, des avancées majeures sont déjà en train d'émerger :des enzymes ont été intégrées avec succès, à la fois en termes d'enzymes elles-mêmes et de technique de traitement.

Supports protecteurs inorganiques pour une stabilité à température plus élevée

Cherchant un moyen de stabiliser les enzymes, les chercheurs utilisent des supports inorganiques. Ces supports agissent comme une sorte de protection pour l'enzyme. Comme l'explique Rosencrantz :« Nous utilisons des particules inorganiques, par exemple, qui sont très poreux. Les enzymes se lient à ces transporteurs en s'encastrant dans les pores. Bien que cela limite la mobilité des enzymes, ils restent actifs et sont capables de résister à des températures beaucoup plus élevées."

Rosencrantz stresse, cependant, qu'il n'y a pas de processus de stabilisation généralement applicable :« Il n'y a pas deux enzymes identiques. Le support et la technologie les plus appropriés pour le processus d'inclusion restent spécifiques à l'enzyme.

Enzymes stabilisées :pas seulement à la surface du plastique, mais à l'intérieur aussi

Les chercheurs ont délibérément cherché un moyen d'appliquer les enzymes stabilisées non seulement à la surface du plastique, mais de les enrober directement dans les plastiques. "Bien que beaucoup plus difficile, cette technique empêche également les signes d'usure sur la surface du matériau affectant la fonctionnalité des plastiques, " explique Thomas Büsse qui dirige l'usine pilote de traitement de biopolymères de l'institut à Schwarzheide.

Afin d'obtenir un résultat matériau optimal dans le processus en aval, les enzymes stabilisées doivent être réparties le plus rapidement possible dans le bain de plastique thermofusible auquel elles sont ajoutées, sans être exposé à une force excessive ou à des températures élevées. Un exercice d'équilibriste qui a joué en faveur de Büsse :« Nous avons développé un procédé qui convient aussi bien aux bioplastiques qu'aux plastiques conventionnels à base de pétrole comme le polyéthylène. Nos investigations montrent également qu'une fois noyés dans le plastique, les enzymes stabilisées sont capables de résister à des charges thermiques plus élevées qu'auparavant. Cela facilite considérablement l'utilisation des enzymes et toutes les étapes du processus."

Les plastiques autonettoyants ne sont qu'un début

Jusqu'à maintenant, les chercheurs de Fraunhofer IAP ont évalué principalement les protéases comme enzyme de choix. Les protéases sont capables de briser d'autres protéines. Cela confère au plastique fonctionnalisé par ces protéases un effet autonettoyant. Tuyaux, par exemple, ne se fermerait pas ou ne se boucherait pas aussi facilement. Mais d'autres enzymes sont également systématiquement testées. Les partenaires de coopération de BTU Cottbus-Senftenberg se concentrent plus étroitement sur les enzymes pour dégrader les plastiques et les substances toxiques, par exemple.

Les premiers granulés plastiques fonctionnalisés, des films et des corps de moulage par injection ont déjà été produits. Les chercheurs ont établi que les enzymes incorporées dans ces produits restent actives. La prochaine étape consiste maintenant à tester et à optimiser davantage le processus pour une utilisation quotidienne dans diverses applications. Rosencrantz et Büsse sont optimistes et ont également déposé une demande de brevet pour leurs recherches.