Сміттєзвалища переповнені пластиковим непотребом. Винахідник Джонатан Ротберг знайшов вихід: за допомогою ШІ створювати ензими, що здатні переробляти речі з поліестеру на новий матеріал, придатний для повторного використання. Тепер його трирічному стартапу Protein Evolution треба довести, що ця технологія придатна до масштабування.
На старому збройному заводі в Коннектикуті спеціальний апарат Protein Evolution нагріває пластикові відходи і на виході дає матеріал, який твердне, щойно його торкається повітря. Потім цю субстанцію подрібнюють і «згодовують» її ензимам, створеним за допомогою штучного інтелекту авторства стартапу Protein Evolution.
Головний технологічний директор компанії Джей Конечка показує реактор, наповнений ензимами й водою, який розкладає пластик на його ключові компоненти. Цей процес, який компанія називає Biopure, дає матеріал, що майже не відрізняється від поліестеру з нафти. Protein Evolution сподівається, що Biopure можна буде застосувати й до синтетичних тканин, зробивши їх придатними для перероблення.
Гори пластикового сміття
У світі існує серйозна проблема з пластиком. Щорічно його виробляють близько 460 млн т, і цифра лише зростатиме. Тільки 9% пластику насправді переробляється, повідомляє Організація економічного співробітництва і розвитку. Решта ж потрапляє на звалища або спалюється.
Саме на цей 91% непереробленого непотребу і спрямовує свої зусилля Джонатан Ротберг, співзасновник Protein Evolution, серійний винахідник і підприємець, який найбільше відомий створенням і комерціалізацією швидкісного секвенування ДНК.
Багато науковців вважає, що біологічне перероблення – це можливість розвʼязання проблеми сміття. Цей процес передбачає використання ензимів, які швидко дрібнять пластик без продукування мікропластику чи розкладання матеріалу. Але у світі величезна кількість можливих пластикоїдних ензимів, що сповільнює поступ науковців.
Тут у гру вступає штучний інтелект. «За останні пʼять років ШІ дав поштовх розвитку ензимної інженерії», – каже Конечка.
Власна ШІ-модель Protein Evolution використовує загальнодоступні дані про десятки тисяч протеїнів, що дає їй можливість видавати тисячі варіантів амінокислотної послідовності, яка складає основу нових ензимів. Далі Protein Evolution використовує алгоритми, серед яких AlphaFold від Google DeepMind, щоб прогнозувати структуру протеїну на основі амінокислотної послідовності, і перевіряє в реакторі ті, що здаються найбільш перспективними.
Спочатку запропоновані ШІ-моделлю нові ензими були не надто ефективними, розповів Конечка. Коли ж команда науковців почала давати моделі інформацію про те, що працює, а що ні, та навчилася видавати кращі варіанти пластикоїдних ензимів.
Можна ще попрацювати над формулою ензимів, щоб вони працювали швидше чи за нижчих температур, а отже, здешевлювали та вдосконалювали процес, вважає Конечка.
Інвестиції та конкуренти
Трирічний стартап уже має $25 млн венчурних інвестицій. Цьогоріч планує залучити ще принаймні стільки ж. Усі ці гроші підуть на пілотний завод, який зможе давати 300 т переробленого пластику на рік у 2025-му. Далі співзасновники сподіваються на комерційний завод потужністю 50 000 т на рік вже у 2028-му.
Protein Evolution не єдина компанія, яка хоче втілити ідею біологічного перероблення сміття в життя. Французька компанія Carbios, акції якої продаються на біржі за ринкової капіталізації близько $400 млн, минулого тижня почала будівництво заводу біоперероблення PET-виробів. Його потужність буде 50 000 т на рік.
З компанії Breaking, яка використовує мікроб під назвою X-32, що їсть пластик, вийшов стартап Colossal Biosciences, який, серед іншого, займається і біопереробленням.
Усі ці компанії лише на початку свого шляху, і масштабування їхніх технологій несе за собою ризики. Сьогодні у Protein Evolution невеликий виторг від угод із кількома споживчими брендами, в тому числі британської дизайнерки Стелли Маккартні. Щоб досягти комерційних масштабів, компанії треба буде збудувати свій завод на 50 000 т, стати частиною «сміттєвого» ланцюга, щоб забирати чи купувати матеріали для перероблення. І весь цей процес повинен бути достатньо дешевим, щоб поліестер від Protein Evolution був економічно привабливим для брендів.
«Не бачу причин для того, щоб ця технологія не була піддана масштабуванню. Ензими успішно використовують у різних промислових процесах, – каже Річард Вілечовський, старший аналітик з питань текстилю в Planet Tracker. – Ензими, приміром, застосовують для очищення води й у виробництві ліків. Для мене завжди головним питанням залишається вартість [використання технології].»
Коннор Лінн, співзасновник компанії і її керівник, очікує, що пілотний завод наступного року дасть кілька мільйонів виторгу, а комерційний принесе $100 млн невдовзі після відкриття.
Винахідник Джонатан Ротберг знайшов спосіб за допомогою ШІ створювати ензими, що здатні переробляти речі з поліестеру на новий матеріал, придатний для повторного використання. На фото Джонатан Ротберг після отримання від Барака Обами Національної медалі за технології та інновації в 2016 році. Фото Getty Images
У пошуках ідеального ензиму
Джонатан Ротберг, 61, заснував 12 компаній, серед яких Detect, що однією з перших почала продавати домашні ПЛР-тести на COVID, і Butterfly Network, яка створила компактний УЗД-апарат.
Продавши RainDance Technologies, яка теж займалася ензимними технологіями, компанії медичної діагностики Bio-Rad Laboratories за $73 млн, Ротберг разом із 25-річним Лінном почали думати про те, де б ще можна було використовувати ензими. Лінн займався стратегією і фінансами в інших стартапах серійного підприємця.
Вже достатньо давно існують докази того, що ензими здатні розкладати пластик. У 2016-му японська команда дослідників написала роботу про ензим «PETase», здатний «розжувати» PET-пляшку.
Але природою не задумано, щоб ензими переробляли пластик, тому вони роблять це надто повільно, щоб суттєво вплинути на нашу проблему пластикових відходів. Та якщо створити правильний ензим, який буде ідеальним для пластику, то все може змінитися.
Ротберг усвідомив, що ензими для перероблення пластику можуть стати його новим проєктом, після знайомства з фізиком Людвіком Лайблером, який десятки років вивчає пластик. Команда науковця в Паризькому університеті ESPCI працювала над створенням ензимів, які можуть розкладати полімери на його основні складові компоненти під назвою мономери, щоб забезпечити перероблення складного пластику.
У жовтні 2021-го Ротберг і Лінн заснували Protein Evolution, яка зосереджується на переробленні пластику. (У компанії ще немає гендиректора.) Потім дослідники стартапу зайнялися винайденням ензимів за допомогою ШІ, який прискорює процес пошуку потенційно успішної формули серед незліченної кількості варіантів.
Щоб продемонструвати ефективність її біоперероблення, Protein Evolution обʼєдналася з дизайнеркою Стеллою Маккартні. Компанія надала їй свої перероблені матеріали, які було отримано з індустріальної мотузки для кріплення вантажних контейнерів. Під час кліматичної конференції COP28 в грудні минулого року Маккартні представила свій легкий бежевий жакет з отриманого матеріалу – перший у своєму роді.
Хоча жакет був лише демонстрацією, Маккартні сказала Forbes, що сподівається використовувати матеріал компанії для виробництва повсякденного одягу її бренду і веганських аксесуарів.
«Такі рішення, як Protein Evolution, – це майбутнє модної індустрії, адже вони дозволяють перетворювати сміття на продукти люксової якості без використання нових матеріалів», – написала Маккартні в е-mail.
Лабораторія стартапу Protein Evolution. Фото protein-evolution.com
Золотий грааль
Protein Evolution підписала розробницькі угоди з пʼятьма модними брендами на додачу до Маккартні, але Лінн відмовився їх називати через пункт про нерозголошення. Тепер у компанії жорсткий графік для комерціалізації.
Лінн сподівається отримати пільги від уряду на будівництво нових заводів, а закони деяких штатів можуть сприяти попиту на перероблений пластик. Наприклад, у Массачусетсі заборонено вивозити на сміттєзвалища текстильні вироби.
Лінн розповів, що його компанія найімовірніше зможе виробляти перероблений поліестер за ціною, що буде майже дорівнювати ціні нового поліестеру.
Тіффані Хуа, аналітикиня в Lux Research, яка спостерігає за текстильною промисловістю і переробленням текстилю, вбачає величезний потенціал в ензимному переробленні. Втім ця інновація на ранніх етапах розвитку, і лакмусовим папірцем для Protein Evolution стане будівництво задуманих заводів. «Масштабні виробничі процеси вимагають коректив, а з біологічним переробленням все буде ще складніше», – вважає Тіффані Хуа.
У довгостроковій перспективі Лінн сподівається вийти за межі модної індустрії й переробляти інші синтетичні матеріали, крім поліестеру, як-то нейлон чи речі, покриті PFAS.
Protein Evolution задумується і про те, щоб використати ензими для розробки нового типу пластику, який сам по собі є біорозкладним. Це золотий грааль для тих, кого хвилює стан довкілля.
«Щойно ви розбили PET на складові, чи можна знову зібрати їх в PET? Так, звісно. Чи можна їх скласти так, щоб отримати щось нове? Так, можна, – впевнений Пол Анастас, викладач хімії в Єлі. – Головне ж не просто розібрати пластик на основні компоненти й знову зібрати їх у той самий спосіб. Головне – перетворити поганий пластик на потенційно хороший».