01 专刊介绍

Green Carbon是由中国科学院青岛生物能源与过程研究所（以下简称"青岛能源所"）主办的英文学术期刊，致力于报道绿色与可持续技术领域的前沿交叉成果。

二十载耕耘，薪火相传。恰逢青岛能源所成立20周年之际，Green Carbon第13期（Volume 4, Issue 3）将作为“青岛能源所建所20周年专刊”于2026年9月出版。

本专刊收录20篇主编特邀高水平文章，作者均为长期关心支持青岛能源所发展的战略科学家，以及绿色碳科学相关领域的公认领军专家。专刊涵盖绿碳科学与可持续技术领域的基础科学发现、关键技术创新、系统过程集成，以及标准与政策框架建议等内容，全面呈现该领域的代表进展与未来方向。

衷心感谢所有撰稿人为本专刊贡献前瞻性学术洞见、系统综述与标志性研究成果，以及对青岛能源所与Green Carbon期刊的大力支持！

02 导读

题目：Biocatalytic recycling of hydrolyzable plastics for a circular bioeconomy

作者：U.T. Bornscheuer*

推送导读：

塑料作为现代社会不可替代的重要材料，其生产极大程度依赖化石资源。目前，塑料的循环利用主要依赖机械回收和化学回收，但这些传统方法存在能耗较高、过程复杂，以及导致材料性能衰减等问题。因此，为满足未来循环经济需求，塑料的高效循环利用是全球面临的重要挑战。

德国格赖夫斯瓦尔德大学Uwe T. Bornscheuer教授在专刊发表单独署名文章"Biocatalytic recycling of hydrolyzable plastics for a circular bioeconomy"，系统介绍了生物催化在可水解塑料循环利用中的最新进展。据针对聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate，PET）的全生命周期与技术经济分析，酶法路线相比化学回收可大幅降低能耗与温室气体排放。PET与聚氨酯（Polyurethane‌，PU）两类塑料合计约占全球塑料总产量的12%（超过5000万吨），若能实现生物基回收，将极大减少对化石资源的依赖，为循环生物经济提供关键支撑。

一、塑料的回收挑战

塑料自诞生以来，几乎渗透到现代生活的每一个角落。目前全球塑料年产量已超过4.3亿吨，但塑料废弃处理、分选和回收能力远远不足，大量塑料最终变成堆积的废弃物，污染环境。

根据回收程度不同，塑料回收可分为一级回收（机械再加工成性能相当的产品）、二级回收（机械再加工降级利用）、三级回收（从化学层面拆回组成成分），以及四级回收（焚烧回收能量）。利用酶进行塑料解聚，与化学回收类似，属于三级回收范畴——目标是把长链聚合物拆回有用的化学单元。

二、能被"拆解"的塑料：PET与PU

并不是所有塑料都适合酶法回收。全球约89%的塑料是化石基的，其中约三分之二是聚乙烯（Polyethylene，PE）、聚丙烯（Polypropylene，PP）、聚苯乙烯（Polystyrene，PS）和聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）——它们的分子骨架是稳固的碳碳键，难以拆回单体。

真正适合"拆解回收"的是可水解塑料，代表有两类：

PET（市场份额约6.2%，规模约2800万吨）：水解单体为对苯二甲酸（Terephthalic Acid，TPA）和乙二醇（Ethylene Glycol，EG）；

PU（市场份额约5.5%，规模约2500万吨）：水解单体为芳香胺。

这些单体经提纯后可重新聚合，做成性能与新料相当的塑料，实现真正的闭环。

三、PET的酶法回收

PET的酶法回收是目前最成熟的案例。关键在于一种经工程改造的角质酶变体LCC-ICCG，它能在70°C的最佳温度下长期稳定工作，持续、高效地把PET拆解为单体（Nature, 580 (2020), 216-219）。

这项技术已走向产业化：相关计划目标是到2027年每年回收5万吨PET（包括废弃瓶子与纺织纤维），并重新聚合成与化石基PET品质相当的新聚合物。更有说服力的是：酶法PET解聚回收工艺不仅具备成本竞争力，与化学回收相比，整个供应链能耗可降低69–83%，温室气体排放可降低17–43%（Joule, 5 (2021), 2479-2503）。此后该工艺持续改进，并通过工业发酵实现了大规模酶生产，进一步优化了经济性与环境表现。

四、PU的酶法回收

Bornscheuer教授团队首次从宏基因组文库中发现了能拆解PU的氨酯酶，并证明它们能完全水解以甲苯二胺为芳香结构单元的PU（Angew. Chem. Int. Ed., 62 (2023), e202216220）。目前研究者正通过蛋白质工程改进这些酶、寻找更多候选酶，目标是让它们拥有更高活性、更好的工艺稳定性和更宽的底物范围（Science, 390 (2025), 503-509）——因为热固性和热塑性PU的组成千差万别。PU的复杂还在于：它不仅含不同胺类结构单元（很可能需针对性设计不同的氨酯酶），还含聚酯和聚醚链段。

面对这种复杂结构，单靠一种酶往往不够。研究已证明，把氨酯酶和角质酶组合起来，可同时切断氨基甲酸酯键和酯键，加快水解。与化学水解相比，酶法还有个额外优势：酶能有针对性地释放确定的结构单元，让下游分离分级更直接、更可行。

五、循环塑料经济

要实现真正的循环塑料经济，仅靠回收化石基塑料还不够，还需要更多使用生物基聚合物。以聚乳酸（Polylactic acid，PLA）为例，其乳酸单体由细菌以可再生资源发酵高效生产，再化学聚合成PLA。研究者还开发出一种"自降解"PLA：在合成时把工程改造的解聚酶直接嵌入其中，这种薄膜力学与降解性能满足工业包装要求，且能在家庭堆肥条件下20–24周内完全崩解（Nature, 631 (2024), 884-890）。不过，生物基塑料目前在4.3亿吨年产量中的份额还不到1.5%。有观点担心可降解塑料的某些低聚物或结构单元存在生态风险（Science, 388 (2025), 1034），但考虑到其常见成分是乳酸、3-羟基脂肪酸等天然代谢物，这一风险可认为较低。

有人会问：原料还是来自石油，怎么算“绿色”？关键在于——我们不再需要持续开采石油来制造新的PET或PU。实验证明，酶法回收得到的单体可以反复聚合10次以上，性能毫无损失。这意味着，每年超过5000万吨的PET和PU，一旦进入酶法循环体系，就能像金属或玻璃一样，被反复利用，大大减少对化石资源的依赖，同时规避油价波动和地缘政治风险，并在气候中和、环境保护和社会接受度等多重目标上同时发力，助力更绿色、更安全的塑料利用。

03 论文信息

论文信息

U.T. Bornscheuer. Biocatalytic recycling of hydrolyzable plastics for a circular bioeconomy[J].Green Carbon, 2026.

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2026.04.001

论文下载

Biocatalytic recycling of hydrolyzable plastics for a circular bioeconomy

中文解读原链接

青岛能源所建所20周年专刊 | Uwe T. Bornscheuer教授：生物催化开启可降解塑料的循环之路

04 作者简介

Uwe T. Bornscheuer 教授

Uwe T. Bornscheuer，德国格赖夫斯瓦尔德大学生物化学研究所生物技术与酶催化系教授。长期致力于酶催化与蛋白质工程研究，是国际酶工程与生物催化领域的代表性学者之一，在利用酶实现塑料生物降解与回收方面做出了开创性工作。

05 Green Carbon

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