Umjetna inteligencija ovog startupa dizajnira enzime koji mogu “jesti” plastični otpad

Odlagališta otpada prepuna su plastike, a tvrtka Protein Evolution izumitelja Jonathana Rothberga otkrila je rješenje: korištenje umjetne inteligencije za stvaranje enzima koji mogu reciklirati stari tekstil od poliestera u materijal koji se “ponaša” kao novi. Sada ova trogodišnja kompanija mora dokazati da može povećati proizvodnju.

U laboratoriju skrivenom u staroj tvornici oružja u New Havenu u saveznoj državi Connecticut, u SAD-u, stroj zagrijava plastični otpad na 280 stupnjeva Celzijusa i stvara ljepljive niti materijala koji se počinje stvrdnjavati pri dodiru sa zrakom. Supstanca je načinjena od tekstila i postindustrijskog otpada koji su trebali završiti na odlagalištu opada, no bit će usitnjena kako bi se napravila najveća moguća površina.

Materijal će postati “hrana” enzimu stvorenom uz pomoć umjetne inteligencije, kojeg je kreirao startup Protein Evolution. Tvrtka želi uz pomoć AI-ja stvarati nove enzime koji mogu razgraditi plastiku i tekstil izrađen od plastike.

“Sad ćemo ovo baciti morskim psima,” šali se glavni direktor za tehnologiju Jay Konieczka stojeći u laboratorijskoj kuti pored reaktora s enzimima i vodom. Materijal koji će nastati u procesu, kojeg tvrtka naziva Biopure, trebao bi biti isti kao i poliester nastao od petroleja, a trebao bi se moći na isti način koristiti u tkaninama. Protein Evolution se nada kako će ovaj proces omogućiti potpuno recikliranje stare odjeće, plahti i druge tkanine.

Svijet ima ozbiljan problem s plastikom: svake godine u svijetu se proizvodi 460 milijuna tona, a taj broj samo raste kako kupujemo nove stvari. Samo 9 posto plastike zaista se i reciklira, pokazuju podaci Organizacije za ekonomsku suradnju i razvoj. Ostatak završava na odlagalištima ili u spalionicama, a upravo taj problem želi riješiti suosnivač startupa, Jonathan Rothberg. “Morate reciklirati onih 91 posto što ljudi ne recikliraju, to smeće, miješane stvari, a ne savršeno čiste, isprane boce za vodu,” kaže Rothberg, serijski izumitelj i poduzetnik koji se proslavio izumom i komercijalizacijom brzog sekvenciranja DNK.

Upravo u tih 91 posto znanstvenici vide potencijal za takozvano biološko recikliranje: korištenje enzima za brzu razgradnju plastike tijekom koje se ne stvara mikroplastika niti se uništava materijal. Ipak, broj enzima koji bi mogli “jesti” plastiku veći je od broja atoma u poznatom svemiru, zbog čega istraživači nisu uspjeli postići konkretan napredak.

Tu na scenu stupa umjetna inteligencija. “U posljednjih pet godina, svijet enzima i inženjerstva je eksplodirao zbog AI-ja,” kaže Konieczka. AI model startupa inkorporira javno dostupne podatke o desecima tisuća proteina koji mu pomažu stvoriti tisuće sekvenci aminokiselina koji predstavljaju nove enzime. Protein Evolution potom koristi algoritme, uključujući AI sustav AlphaFold kojeg je razvio Google DeepMind, koji predviđaju strukturu proteina iz sekvence aminokiseline i testira one koji izgledaju obećavajuće.

Kada je tvrtka krenula, većina novih enzima koje je AI model predložio bili su “smeće,” kaže Konieczka, no model je postao bolji kako je tim inkorporirao nove informacije o tome što funkcionira, a što ne.

Konieczka vjeruje kako može nastaviti prilagođavati dizajn tako da enzimi mogu obavljati svoj zadatak brže ili pri nižim temperaturama, što bi čitav proces učinilo efikasnijim i jeftinijim. “Od prvog dana pazimo na trošak,” kaže Connor Lynn, suosnivač tvrtke koji upravlja poslovanjem.

Oboružan s 25 milijuna dolara financiranja i planovima da još barem toliko prikupe i ove godine, trogodišnji startup sprema se na izgradnju pilot-tvornice koja bi 2025. godine mogla proizvoditi 300 tona reciklirane plastike godišnje. Nakon toga žele izgraditi i komercijalnu tvornicu s kapacitetima od 50.000 tona godišnje, i to do 2028. godine.

Protein Evolution nije jedina kompanija koja pokušava biološko recikliranje pretvoriti u stvarnost. Francuska kompanija Carbios čijim dionicama se trguje na burzi, a čija vrijednost se procjenjuje na oko 400 milijuna dolara, prošlog je tjedna krenula u izgradnju tvornice za bio recikliranje PET ambalaže u blizini granice s Belgijom. Tvornica će imati kapacitet za recikliranje 50.000 tona plastike godišnje. Breaking, tvrtka koja se oslanja na mikrov X-32 koji “žvače i jede” plastiku, nedavno je osnovala startup Colossal Biosciences čiji su suosnivači harvardski genetičar George Church i poduzetnik Ben Lamm, najpoznatiji po jednim posve drugačijim naporima: onima za ponovno oživljavanje vunastih mamuta. “Mislimo da je ovo egzistencijalni problem, na ovome bi trebalo raditi tisuću kompanija,” rekao je Lamm za recikliranje plastike.

Sve ove tvrtke tek su na početku, a povećavanje proizvodnje nosi svoje rizike. Danas Protein Evolution ostvaruje vrlo malo prihoda od ugovora sa šačicom potrošačkih brendova među kojima je i britanska dizajnerica Stella McCartney. Kako bi dosegli razinu komercijalizacije, Protein Evolution će morati izgraditi tvornicu s kapacitetom za 50.000 tona, ubaciti se u lanac odlaganja plastičnog otpada kako bi dobili ili kupili dovoljno materijala za recikliranje, a istovremeno zadržati troškove dovoljno niskima da bi brendovi zapravo i željeli kupiti njihov poliester.

“Ne bi trebao postojati razlog zašto ova tehnologija ne može funkcionirati i rasti. Enzimsku tehnologiju koristimo u mnogim drugim industrijskim procesima,” kaže Richard Wielechowski, viši investicijski analitičar za tekstile u Planet Trackeru. Enzimi se koriste u proizvodnji lijekova i pročišćavanju otpadnih voda. “Pravi problem za mene je uvijek pitanje troška.”

Lynn očekuje kako će godišnji prihodi od pilot-tvornice doseći milijune sljedeće godine, a da će prvo komercijalno postrojenje ostvariti prihod od 100 milijuna dolara nedugo nakon otvaranja. “Ne možete riješiti problem klime, a da ne riješite problem plastike,” kaže on.

Dokazi da enzimi mogu razgraditi plastiku stari su nekoliko desetljeća. Godine 2016., istraživački tim iz Japana objavio je istraživački rad u kojem pokazuje kako enzim imena “PETase” može “žvakati” PET boce. Ipak, priroda ga nije namijenila za plastiku i morao bi mnogo većom brzinom razgrađivati taj materijal kako bi učinio ikakvu razliku u problemu plastičnog otpada. Ipak, ako se uspije razviti pravi enzim, to bi bilo idealno za rješavanje problema plastike koja se prirodno razgrađuje stotinama godina, a čak i onda se samo pretvara u sve manju i manju mikroplastiku.

Rothberg je shvatio kako bi plastika mogla biti idealna meta za razvoj novih enzima uz pomoć umjetne inteligencije nakon što se upoznao s Ludwikom Leiblerom, fizičarom u školi ESPCI ParisTech koji već desetljećima proučava ponašanje plastike. Tim je radio na stvaranju enzima koji mogu razgraditi polimere u svoje sastavne dijelove, monomere, kako bi se omogućilo recikliranje.

“Ludwik mi je rekao:’Gle, nije stvar samo u jedenju plastike’,” kaže Rothberg. “Plastika nije pripremljena za to, ne omogućava enzimima da se dovoljno približe nizašto. Najprije moraš otvoriti plastiku, a tek onda možeš primijeniti svoju tehnologiju enzima.”

U listopadu 2021., Rothberg i Lynn su pokrenuli Protein Evolution s fokusom na recikliranje plastike, a potom su krenuli u dizajniranje enzima uz pomoć umjetne inteligencije koja ogromnom brzinom pregledava nevjerojatnu moć potencijalnih spojeva.

“Kombinacija umjetne inteligencije i biološkog inženjeringa omogućila im je brz napredak,” kaže Sophie Bakalar, investitorica u fondu Collaborative Fund koji je analizirao nekoliko tvrtki za recikliranje plastike prije nego se odlučio uložiti upravo u Protein Evolution. “AI je sada zbilja popularna tema, ali oni od početka rade na tome da ju koriste. Ovo nije kompanija koja samo uskače u nešto što je moderno.”

Kako bi ilustrirao svoj proces biološkog recikliranja, Protein Evolution je udružio snage s dizajnericom Stellom McCartney, šaljući joj reciklirane materijale izrađene od najgorih komada plastike koje su mogli pronaći: industrijsko remenje koje se koristi za učvršćivanje kontejnera na teretnjacima. Tijekom prošlogodišnjeg summita COP 28 u Dubaiju, McCartney je pokazala lepršavu bež jaknu proizvedenu upravo od tih materijala: bio je to prvi komad odjeće ikad izrađen koristeći biološko recikliranje.

Iako je jakna bila samo za pokazivanje, McCartney – inače dugogodišnja zagovornica održive mode – rekla je za Forbes kako želi materijale kompanije iskoristiti u svojoj konfekcijskoj odjeći i veganskim dodacima. “Rješenja poput Protein Evolutiona budućnost su mode – ona u kojoj možemo transformirati otpad kroz kružne procese i recikliranje i kreirati poželjne luksuzne proizvode bez korištenja novih materijala,” kaže ona.

McCartney, također i posebna savjetnica giganta LVMH za održivost, kaže kako promovira materijale upravo tom konglomeratu i njegovom predsjedniku Bernardu Arnaultu – najbogatijem čovjeku svijeta. “Nadam se da će nastaviti slijediti koncepte održivosti,” dodaje.

Uz Stellu McCartney, Protein Evolution je dosad potpisao sporazume o razvoju s pet modnih brendova, kaže Lynn, iako ih nije želio imenovati, pozivajući se na ugovore o povjerljivosti. Sada za komercijalizaciju imaju vrlo kratke rokove. Lynn se nada da će dobiti subvencije vlade za izgradnju novog postrojenja, a vjeruje kako će i poticaji saveznih država (poput zabrane slanja tekstila na odlagališta u Massachusettsu) pružiti određenu motivaciju povećanjem potražnje za recikliranom plastikom. Dodaje kako bi kompanija trebala moći proizvoditi reciklirani poliester po otprilike istoj cijeni koju ima i novi poliester, proizveden od petroleja.

“Ništa neće uspjeti dok nema istu cijenu kao i ono što pokušavate zamijeniti,” kaže Rothberg. “Procesi koje oni razvijaju sada su kompetitivni s novom plastikom, a postat će još kompetitivniji ako bude ratova i cijena nafte ode u nebo. Mislim da u slučaju u kojemu cijena nafte premašuje 80 dolara po barelu (kao što je slučaj danas), mi nismo samo jednaki – mi smo bolji.”

Tiffany Hua, analitičarka u Lux Researchu koja prati tekstile i njihovo recikliranje, kaže kako enzimsko recikliranje mnogo obećava, no upozorava kako se radi o inovaciji koja je još u ranim fazama, a Protein Evolution će se nakon izgradnje tvornica početi suočavati s velikim pitanjima. “Smatram to ekstremno ambicioznim projektom,” kaže ona. “Dolazi do puno prilagođavanja industrijskih procesa, a sve postaje još kompliciranije s tim biološkim procesima recikliranja.”

U duljem roku Lynn želi uzeti zamah i izvan svijeta mode i raditi na recikliranju i drugih sintetskih materijala osim poliestera, poput najlona ili čak tkanina premazanih takozvanim “vječnim kemikalijama” (PFAS). “Poliester je posvuda,” kaže on. “Prodor u jeftinu odjeću i alternativno korištenje poliestera i tepiha za nas je područje interesa, kao i pakiranja.”

Protein Evolution razmišlja o još jednom, potencijalno još većem cilju: korištenju enzima za razvoj potpuno nove vrste plastike koja bi se sama razgrađivala. Ovako nešto je sveti gral za sve one kojima je stalo do okoliša.

“Jednom kada PET razdvojite na temeljne stavke, možete li ih ponovno sastaviti kao PET? Da, apsolutno. Ali možete li ih sastaviti u nešto novo, nešto s novim značajkama i primjenama? Naravno da možete,” kaže Paul Anastas, profesor kemije s Yalea koji radi kao znanstveni savjetnik kompanije. “Ovo nije samo stvar razdvajanja sastavnih dijelova i ponovnog sastavljanja na isti način. Ovdje govorimo o mogućnosti da lošu plastiku potencijalno pretvorimo u dobru plastiku.”

Autor originalnog članka: Amy Feldman, Forbes
Link: This Startup’s AI Designs Enzymes That Can Eat Plastic Waste
(Prevela: Nataša Belančić)