Vještačka inteligencija dizajnira enzime koji mogu “jesti” plastični otpad

U laboratoriji skrivenoj u staroj fabrici oružja u Nju Hejvenu, u saveznoj američkoj državi Konektikat, mašina zagrijeva plastični otpad na 280 stepeni Celzijusa i stvara ljepljive niti materijala koji počinju da se stvrdnjavaju pri dodiru sa vazduhom. Supstanca je napravljena od tekstila i postindustrijskog otpada koji je trebalo da završi na deponiji, ali će biti usitnjena da bi se stvorila najveća moguća površina.

Materijal će postati „hrana” za enzim stvoren uz pomoć vještačke inteligencije (AI), koju je kreirao startap Protein evolušn (Protein Evolution). Kompanija želi da koristi vještačku inteligenciju za stvaranje novih enzima koji mogu da razbiju plastiku i tekstil napravljen od plastike.

„Sada ćemo ovo baciti ajkulama“, šali se glavni tehnološki direktor Džej Koniecka (Jay Konieczka) stojeći u laboratorijskom mantilu pored reaktora enzima i vode. Materijal koji će biti stvoren u procesu, koji kompanija naziva Bajopjur (Biopure), trebalo bi da bude isti kao i poliester dobijen iz nafte, a na isti način bi trebalo da se može koristiti i u tkaninama. Protein evolušn se nada da će ovaj proces omogućiti potpunu reciklažu stare odjeće, čaršava i drugih tkanina.

Svijet ima ozbiljan problem sa plastikom: 460 miliona tona se proizvodi širom svijeta svake godine, a taj broj samo raste kako kupujemo nove stvari. Samo 9 odsto plastike se zapravo reciklira, pokazuju podaci Organizacije za ekonomsku saradnju i razvoj (OECD). Ostatak završava na deponijama ili spalionicama, a upravo to je problem koji suosnivač startapa Džonatan Rotberg (Jonathan Rothberg) želi da riješi. „Morate da reciklirate onih 91 odsto koje ljudi ne recikliraju, to smeće, miješane stvari, a ne savršeno čiste, oprane flaše za vodu“, kaže Rotberg, serijski pronalazač i preduzetnik koji je stekao ime izmišljanjem i komercijalizacijom brzog sekvenciranja DNK.

Upravo u ovih 91 odsto naučnici vide potencijal za takozvanu biološku reciklažu: korišćenje enzima za brzo razlaganje plastike, pri čemu se ne stvara mikroplastika niti se materijal uništava. Međutim, broj enzima koji bi mogli da „pojedu” plastiku veći je od broja atoma u poznatom univerzumu, zbog čega istraživači nisu uspjeli da naprave konkretan napredak.

Ovdje dolazi do izražaja vještačka inteligencija. „U posljednjih pet godina, svijet enzima i inženjeringa je eksplodirao zbog vještačke inteligencije“, kaže Koniecka. AI model startapa uključuje javno dostupne podatke o desetinama hiljada proteina koji mu pomažu da stvori hiljade sekvenci aminokiselina koje predstavljaju nove enzime. Protein evolušn zatim koristi algoritme, uključujući AlphaFold AI sistem koji je razvio Gugl DipMajnd (Google DeepMind), da predvidi strukturu proteina iz sekvence aminokiselina i testira one koji izgledaju obećavajuće.

Kada je kompanija počela, većina novih enzima koje je AI model predložio bili su „smeće“, kaže Koniecka, ali je model postao bolji jer je tim uključio nove informacije o tome šta je funkcionisalo, a šta nije.

Koniecka vjeruje da može da nastavi da prilagođava dizajn tako da enzimi mogu da rade svoj posao brže ili na nižim temperaturama, što bi cio proces učinilo efikasnijim i jeftinijim. „Od prvog dana vodimo računa o troškovima“, kaže Konor Lin (Connor Lynn), suosnivač kompanije koji upravlja poslovanjem.

Naoružan sa 25 miliona dolara finansiranja i planovima da prikupi još najmanje toliko ove godine, trogodišnji startap se priprema da izgradi pilot postrojenje koje bi moglo da proizvodi 300 tona reciklirane plastike godišnje od 2025. godine. Nakon toga žele da do 2028. godine izgrade komercijalnu fabriku kapaciteta 50.000 tona godišnje.

“Morate reciklirati onih 91 posto što ljudi ne recikliraju, to smeće, miješane stvari, a ne savršeno čiste, isprane boce za vodu”
Jonathan Rothberg, suosnivač startupa

Protein evolušn nije jedina kompanija koja pokušava da biološko recikliranje postane stvarnost. Francuska kompanija Carbios čijim se dionicama trguje na berzi, čija je vrijednost oko 400 miliona dolara, prošle nedjelje je počela izgradnju fabrike za bio-reciklažu PET ambalaže u blizini granice sa Belgijom. Fabrika će imati kapacitet da reciklira 50.000 tona plastike godišnje. Brejking (Breaking), kompanija koja se oslanja na mikrotalasnu pećnicu Ks-32 koja „žvaće i jede“ plastiku, nedavno je osnovala startap Kolosal bajosajensis (Colossal Biosciences), čiji su suosnivači genetičar sa Harvarda Džordž Čerč (George Church) i preduzetnik Ben Lamm, najpoznatiji po potpuno drugačijem nastojanju: oživljavanju vunastih mamuta. „Mislimo da je ovo egzistencijalni problem, hiljadu kompanija bi trebalo da radi na tome“, rekao je Lamm o recikliranju plastike.

Sve ove kompanije su tek na početku, a povećanje proizvodnje nosi svoje rizike. Danas, Protein evolušn generiše veoma mali prihod od ugovora sa nekolicinom potrošačkih brendova, uključujući britansku dizajnerku Stelu Mekartni (Stella McCartney). Da bi dostigao nivo komercijalizacije, Protein evolušn će morati da izgradi fabriku kapaciteta 50.000 tona, da se uključi u lanac odlaganja plastičnog otpada da bi nabavio ili kupio dovoljno materijala za reciklažu, i da istovremeno zadrži troškove dovoljno niske da brendovi zaista žele kupiti njihov poliester.

„Ne bi trebalo da postoji razlog zašto ova tehnologija ne radi i ne raste. Koristimo enzimsku tehnologiju u mnogim drugim industrijskim procesima,” kaže Ričard Vilčovski (Richard Vielechovski), viši analitičar ulaganja za tekstil u Planet trekeru (Planet Tracker). Enzimi se koriste u proizvodnji lekova i prečišćavanju otpadnih voda. „Pravo pitanje za mene je uvijek pitanje troškova.“

Lin očekuje da će godišnji prihod od pilot fabrike dostići milione sljedeće godine, a prvi komercijalni objekat će dostići 100 miliona dolara prihoda ubrzo nakon otvaranja. „Ne možete rešiti klimatski problem, bez rješavanja problema plastike“, kaže on.

Dokazi da enzimi mogu razgraditi plastiku stari su nekoliko decenija. Istraživački tim iz Japana objavio je 2016. godine istraživački rad koji pokazuje kako enzim nazvan „PETase“ može „žvakati“ PET boce. Međutim, priroda ga nije napravila za plastiku i morala bi da razgradi taj materijal mnogo brže da bi napravila bilo kakvu razliku u problemu plastičnog otpada. Međutim, ako se može razviti pravi enzim, to bi bilo idealno za rešavanje problema plastike kojoj su potrebne stotine godina da se prirodno razgradi, a čak i tada se samo pretvori u sve manju i manju mikroplastiku.

Rotberg je shvatio da bi plastika mogla da bude idealna meta za razvoj novih enzima uz pomoć vještačke inteligencije nakon što je upoznao Ludvika Lajblera (Ludwikom Leibler), fizičara u školi ESPCI ParisTech koji decenijama proučava ponašanje plastike. Tim je radio na stvaranju enzima koji mogu da razbiju polimere na njihove sastavne djelove, monomere, kako bi omogućili recikliranje.

„Ludvik mi je rekao: ‘Vidi, ne radi se samo o jedenju plastike’“, kaže Rotberg. „Plastika nije pripremljena za to, ne dozvoljava enzimima da se približe bilo čemu. Prvo morate da otvorite plastiku, a tek onda možete da primijenite svoju enzimsku tehnologiju“.

U oktobru 2021. Rotberg i Lin su pokrenuli Protein evolušn sa fokusom na recikliranje plastike, a zatim su krenuli da dizajniraju enzime uz pomoć vještačke inteligencije koja vrtoglavom brzinom provjerava nevjerovatnu moć potencijalnih jedinjenja.

„Kombinacija vještačke inteligencije i biološkog inženjeringa omogućila im je brz napredak“, kaže Sofi Bakalar (Sophie Bakalar,), investitor u Kolaborativ fondu (Collaborative Fund), koji je analizirao nekoliko kompanija za reciklažu plastike prije nego što se odlučio za Protein evolušn. „AI je trenutno veoma vruća tema, ali oni od početka rade na tome da je koriste. Ovo nije kompanija koja samo uskače u nešto što je u trendu.”

Da bi ilustrovao svoj proces bio-recikliranja, Protein evolušn je udružio snage sa dizajnerkom Stelom Makartni, šaljući joj reciklirane materijale napravljene od najgorih komada plastike koje su mogli da pronađu: industrijske trake koje se koriste za pričvršćivanje kontejnera na teretnim brodovima. Tokom prošlogodišnjeg samita COP 28 u Dubaiju, Makartni je pokazala lepršavu bež jaknu napravljenu upravo od tih materijala: to je bio prvi komad odjeće ikada napravljen korišćenjem bio-recikliranja

Iako je jakna bila samo za pokazivanje, Mekartni – dugogodišnji zagovornik održive mode – rekla je za Forbs da želi da koristi materijale kompanije u svojoj konfekciji i veganskim dodacima. „Rješenja kao što je Protein evolušn su budućnost mode – ona u kojoj možemo da transformišemo otpad kroz kružne procese i reciklažu i kreiramo poželjne luksuzne proizvode bez upotrebe novih materijala“, kaže ona.

Mekartni, takođe specijalna savjetnica giganta LVMH za održivost, kaže da promoviše materijale konglomeratu i njegovom predsjedniku Bernaru Arnou (Bernard Arnault) – najbogatijem čovjeku u svijetu. „Nadam se da će nastaviti da slijede koncepte održivosti“, dodaje on.

Uz Stelu Mekartni, Protein evolušn je do sada potpisao razvojne ugovore sa pet modnih brendova, kaže Lin, iako je odbio da ih imenuje, pozivajući se na ugovore o povjerljivosti. Sada imaju veoma kratke rokove za komercijalizaciju. Lin se nada da će dobiti vladine subvencije za izgradnju novog objekta i vjeruje da će federalni podsticaji (kao što je zabrana slanja tekstila na deponije u Masačusetsu) pružiti određenu motivaciju povećanjem potražnje za recikliranom plastikom. On dodaje da bi kompanija trebalo da bude u mogućnosti da proizvodi reciklirani poliester po približno istoj cijeni kao i novi poliester, napravljen od nafte.

„Ništa neće funkcionisati sve dok nema istu cijenu kao ono što pokušavate da zamijenite“, kaže Rotberg. „Procesi koje razvijaju sada su konkurentni novoj plastici, a postaće još konkurentniji ako bude ratova i cijena nafte ode u nebo. Mislim da u slučaju da cijena nafte pređe 80 dolara po barelu (kao što je danas), nismo samo jednaki – mi smo bolji“.

Tifani Hua (Tiffany Hua), analitičarka u Laks risrču (Lux Research) koja prati tekstil i njihovu reciklažu, kaže da enzimska reciklaža ima mnogo obećanja, ali upozorava da je to inovacija koja je još u ranoj fazi, a Protein evolušn će početi da se suočava sa velikim pitanjima nakon izgradnje fabrike. „Smatram to kao izuzetno ambiciozan projekat“, kaže ona. „Dolazi do mnogo prilagođavanja industrijskih procesa, a sve postaje još komplikovanije sa ovim procesima biološke reciklaže“.

U dužem roku, Lin želi da uzme zamah izvan svijeta mode i radi na reciklaži drugih sintetičkih materijala osim poliestera, kao što je najlon ili čak tkanine presvučene takozvanim „trajnim hemikalijama“ (PFAS). „Poliester je svuda“, kaže on. „Prodor u jeftinu odjeću i alternativnu upotrebu poliestera i tepiha je oblast od interesa za nas, kao i pakovanja“.

Protein evolušn razmatra još jedan, potencijalno još veći cilj: korišćenje enzima za razvoj potpuno nove vrste plastike koja bi se sama razgrađivala. Ovako nešto je sveti gral za sve one koji brinu o životnoj sredini.

„Jednom kada odvojite PET na njegove osnovne elemente, možete li ih ponovo sastaviti kao PET? Da, apsolutno. Ali možete li ih sastaviti u nešto novo, nešto sa novim funkcijama i aplikacijama? Naravno da možete“, kaže Pol Anastas (Paul Anastas), profesor hemije na Jejlu koji je naučni savjetnik kompanije. „Ovo nije samo pitanje razdvajanja sastavnih djelova i njihovog ponovnog sastavljanja na isti način. Ovde govorimo o mogućnosti potencijalnog pretvaranja loše plastike u dobru plastiku.“

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