聚乙烯废弃塑料生物解聚与高值化转化

刘先睿，赵怡琳，苏海佳

(北京化工大学 生命科学与技术学院 北京市生物加工过程重点实验室，北京 100029)

自20世纪50年代以来，全球塑料产量飞速增长，从1950年的150万t上升到2018年的3.6亿t[1]。然而，大量消费后的塑料废弃物散落在环境中或回收管理不善，对土壤、海洋和大气等生态环境造成了严重污染[2]。在野生动物体内[3]、人类血液[4]和肺部[5]都检测到微塑料的存在，微塑料对野生动物的生命和人类的健康造成威胁。截至2015年，已经产生大约63亿t塑料废弃物，其中9%被回收、12%被焚烧、79%积聚在垃圾填埋场或自然环境中[6]。

传统的固体塑料废弃物处理办法主要是填埋和焚烧，这两种方法会给环境带来二次污染的问题。固体塑料废弃物能在环境中积累数百年，这不仅会使垃圾填埋场占用土地面积越来越大，还存在污染土壤和地下水的风险[7]。焚烧固体塑料废弃物虽会产生大量的能量，但又会排放有毒的产品或副产品，如CO2、硫氧化合物(SOx)或二噁英等持久性有机污染物[8],这与我国碳中和的目标相违背。为了解决传统固体塑料废弃物处理方法存在的问题，需要开发新型的回收处理策略。回收后的固体塑料废弃物主要有3种技术手段实现塑料循环经济，分别是机械回收、能源回收和资源回收。机械回收随着回收塑料的次数增加，再加工的产品性能会变差，所以该技术对回收的固体塑料废弃物质量要求较高[9]。能源回收是通过焚烧塑料废弃物获得能量，这需要控制温室气体的释放，对设备要求较高[10]，亦可能产生新的环境污染。资源回收是通过热解或化学溶解等方法获得有价值的石化产品，但在回收过程中需要高温、化学试剂、加H2等特殊条件，这又会导致生产成本和安全要求较高，不利于技术的推广[11]。

近年来，固体塑料废弃物的生物降解因其绿色、可持续的特点逐渐成为国内外研究热点。塑料的生物降解是一个无危害的处理策略，在生物降解过程中不会产生任何副产物[12]。由酶介导的生物降解具有高效可持续的优势，已经成为塑料废弃物处理和回收再利用的理想途径[13]。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的生物酶降解取得了重大进展[14]，生物解聚技术在塑料废弃物回收管理方面显示出巨大的应用前景。一种由机器学习获得的Fast-PETase酶在一周内可降解51种消费后PET塑料废弃物，在工业规模上显示了利用酶解聚塑料废弃物再回收的可行性[15]。塑料生物降解研究内容主要包括：挖掘高效塑料降解菌/酶，解析关键酶生物降解机制，修饰和改造关键酶结构。如果再以塑料废弃物生物降解的产物为底物生物合成高附加值产品，即可达到生物高值化升级再造的目的。这里提到的生物降解等同于生物解聚。生产需求量最大的聚乙烯(PE)塑料废弃物约占塑料固体垃圾的30%，迫切需要采用绿色生物可持续的策略消减塑料污染。因此，本文重点总结了PE塑料废弃物生物解聚和高值化的最新研究进展，讨论了生物技术在PE塑料废弃解聚与高值化转化过程中的挑战，期望联合多学科交叉技术协同生物技术实现PE废弃塑料绿色循环可持续的回收管理(图1)。

图1 聚乙烯废弃塑料解聚与高值化回收管理

1 聚乙烯生物解聚研究进展

PE塑料由于其稳定的理化性质，具有生物降解抗性。为了提高PE废弃塑料生物降解的效率，解析PE生物降解机制，目前围绕PE高效降解菌/酶的挖掘开展了大量科研工作，此外，一些物理化学预处理手段也被用来增强PE生物降解的效果。

1.1 聚乙烯高效降解菌的挖掘

目前，已经从垃圾填埋场、污水处理厂、海水、牛粪和昆虫肠道等环境中分离出降解不同类型PE废弃塑料的微生物(表1)，采用纯培养或混菌联合的降解方式使PE废弃塑料产生了不同程度的质量损失。

表1 与PE废弃塑料生物降解相关的微生物

挖掘PE废弃塑料高效降解菌通常采用纯培养菌株进行降解研究，这有助于解析PE废弃塑料生物解聚机制[27]，尤其是高效降解菌对未预处理的PE废弃塑料的生物降解过程[28-30]，有利于相关技术的后期规模化应用。在PE降解菌中以芽孢杆菌属(Bacillussp.)和曲霉属(Aspergillussp.)研究最为广泛。由于细菌能产生生物膜，可促进其在PE表面定植[16,31]，增强PE的生物可及性，从而达到PE生物劣化和解聚[17]，在PE生物降解过程中起到十分重要的作用。另外，一些烷烃降解菌对PE同样表现出较好的生物降解能力，如假单胞杆菌属(Pseudomonassp.)[27]。真菌具有入侵PE基材的能力，具有强大的细胞内和细胞外酶催化系统，因此在减少塑料污染方面具有很大的应用潜力[32]。从环境中分离PE废弃塑料降解菌的依据是基于微生物生长特性和PE基材特性变化，尤其需要PE分子量的变化和解聚产物的检出[33]。单一的质量损失或红外光谱结果不能完全证明PE塑料废弃物生物解聚的发生[34]。

另一方面，在自然界中，PE塑料废弃物的生物降解可能是不同物种之间合作的结果，微生物群落有助于增强PE的生物降解[35]。因此，可以通过混合2种或多种降解菌构建人工混菌体系来提高PE生物降解效率。与纯培养降解相比，肠杆菌属(Enterobactersp.)与泛菌属(Pantoeasp.)的混合培养对低密度聚乙烯薄膜和颗粒显示出更高的降解损失率[22]；此外，肠杆菌属(Enterobactersp.)与假单胞杆菌属(Pseudomonassp.)的混菌培养对紫外线预处理后的LDPE和聚丙烯(PP)生物降解效率具有增强作用[23]。与其他微生物的联合处理相比，蜡样芽孢杆菌(B.cereus)和副蕈状芽孢杆菌(B.paramycoides)联合对PE和PP微塑料的降解率最高[24]。节肢杆菌属(Arthrobactersp.)与链霉菌属(Streptomycessp.)微生物群落能形成更厚的生物膜并增加PE生物降解率，这可能是由不同类型微生物组成的菌群具有代谢互补性引起的[36]。与其他微生物相比，嗜热细菌的菌群对PE废弃塑料表现出更好的生物降解潜力[25,37]。与单独分离株相比，炭黑曲霉(Aspergilluscarbonarius)和烟曲霉(A.fumigates)真菌形成的菌群对未预处理的LDPE形成更多的质量损失率[38]。

值得注意的是，一些昆虫(鞘翅目和鳞翅目)的幼虫可以消耗和生物降解PE[39]，在PE生物解聚中表现出一定的作用。如蜡蛾(Galleriamellonella)的幼虫可以咀嚼PE，造成碳碳键(C—C)断裂，产生乙二醇[40]。随后，为了解析昆虫对PE的生物降解机制，分别研究幼虫及其肠道微生物降解PE的能力。从蜡蛾(G.mellonella)幼虫[41-42]、印度谷螟(Plodiainterpunctella)幼虫[26]、蚯蚓(Lumbricusterrestris)[43]和小蜡虫(Achroiagrisella)幼虫[44]等生物体内分离出的肠道微生物对PE表现出较强的生物降解潜力。麸皮补充PE塑料共同喂食不仅有助于黄粉虫存活[45]，还影响肠道微生物的组成[45-46]。另外，同位素标记和红外显微光谱的分析结果表明，蜡蛾幼虫可以生物降解高密度聚乙烯，但是不能将其完全代谢[47]。

1.2 PE关键解聚酶的挖掘

PE生物解聚是一个复杂的过程，挖掘PE关键解聚酶和其他关键酶至关重要。目前，PE生物降解过程中的关键酶鲜有报道[48-49]，并且具体的解聚机制尚不清楚。通常，PE降解酶的挖掘采用2种方法，即基于氧化功能酶的筛查和基于转录水平上调表达酶的筛查。

PE生物解聚受到缺乏可水解官能团的限制，需要氧化PE底物再诱导其发生生物解聚。能够氧化木质素碳碳键(C—C)的微生物酶在PE生物降解中也表现出降解潜力，包括铜结合漆酶[50]、锰过氧化物酶[51]和木质素过氧化物酶[52-53]。Zhang等[54]研究发现，蜡蛾(Galleriamellonella)的肠道真菌黄曲霉(Aspergillusflavus)中2个漆酶样多铜氧化酶可能是潜在的PE降解酶。通过量子力学计算，细胞色素P450单加氧酶诱导自由基转变导致PE碳碳键(C—C)裂解[55]，碳正离子在没有O2的情况下促进裂解过程[56]。另外，烷烃降解酶在低分子量PE生物解聚中起重要作用[57-58]。假单胞杆菌属(Pseudomonassp.)具有编码烷烃羟化酶系统的基因，包括alkB(alkB1/alkB2)烷烃单加氧酶基因，这2种基因调控PE的降解机制不同[59]。Yeom等[60]将具有工程活性位点的P450酶用作PE降解的起始酶，通过链内羟基化将PE生物降解为线性脂肪醇和链烷酸，这种酶级联反应策略可用于PE生物解聚。

基于转录组学的信息，通过分子生物学方法鉴定推定PE的关键降解酶。Gravouil等[61]通过对在PE上生长的红球菌(Rhodococcusruber)进行转录组学分析后发现，上调表达的途径是烷烃降解和脂肪酸的β-氧化[61]，确定了短脂肪链进一步氧化的关键酶[62]系统，包括烷烃单加氧酶、细胞色素P450羟化酶、膜转运蛋白。同样，基于海洋细菌群落的转录组数据，在大肠杆菌中过表达推定的酯酶、水解酶后发现，它们对PE膜显示出显著的降解效果[63]。另外，通过宏基因组研究有助于挖掘蕴藏的塑料降解基因和酶[64]，全基因组序列有助于深入了解PE高效降解菌的生物降解潜力及降解机制[18,65-69]。

1.3 预处理增强聚乙烯生物降解

环境中PE的生物降解被认为是非生物因素和生物因素共同作用的结果[70]。通过物理化学预处理，如紫外线照射[71]、化学氧化[38]和热氧化[72]等可以促进PE生物解聚。

人工紫外线和自然紫外线对PE具有不同的氧化能力[73]，紫外辐射距离短、周期长，效果更好[74]。紫外线预处理导致PE表面粗糙[75]，增加了羰基和末端双键[76]，促进降解菌在PE表面的定植和解聚[77]。在挖掘PE降解菌过程中，有时会采用紫外辐射灭菌PE基材以保证纯培养的降解条件[29]。然而，合适的紫外辐射灭菌条件还有待进一步优化，只去除PE基材上额外的微生物而不影响其结构。PE生物降解程度还与其结构排列相关，LDPE比HDPE更容易被生物降解[78]。

另外，采用反应温和的预处理手段与生物协同降解展示出较高的效率。如，使用快速反应挤出辅助氧化技术高通量预处理顽固性PE塑料，以降低其生物惰性[79]。硬脂酸钙(促氧化剂)可以导致PE分子量降低，并形成亲水基团，提高PE生物降解效率[80]。通过在环境空气中用非热等离子体处理LDPE样品，并添加4%(体积分数)的CO2，可以提高PE的生物降解效率[81]。紫外线照射、热和酸预处理对PE生物降解性具有协同作用[82]，通过物理、化学和生物处理可增强PE降解[83]。表面活性剂添加亦会影响PE生物降解效率，矿物油会促进降解，吐温80却会抑制PE的生物降解[84]。

利用固定在TiO2上的葡萄糖氧化酶的生物-光-Fenton法降解磺化的PE[85]。利用蛋白质包被的TiO2纳米颗粒和植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)对LDPE进行光催化降解[86]。来自链霉菌属(Streptomycessp.)的乳胶清除蛋白Lcps能够降解紫外线预处理的PE[87]。此外，基于纳米颗粒的PE生物修复方法是新型PE降解方式，Jayaprakash等[88]用该方法从米曲霉(Aspergillusoryzae)中合成生物银纳米粒子并成功用于PE降解。

2 聚乙烯高值化研究进展

PE废弃塑料高值化升级再造已经成为研究热点，通过化学催化技术或生物技术将PE废弃塑料分解为单体或低聚合物，可用于合成增值的化学品、燃料和新型材料等，弥补塑料废弃物回收成本，以解决塑料废弃物回收管理困境。

2.1 聚乙烯废弃塑料化学升级再造

PE废弃物的化学回收在塑料废弃物管理中发挥着重要作用，通过化学升级再造增值产品等方面的进展比较多，如升级再造为化学品[89-90]、燃料[91-94]和新材料[95-97]。

聚烯烃通常直接热解产生具有宽分子量分布的混合烷烃，通过串联催化控制反应条件，实现高效选择性转化PE废弃塑料为目标化学品[98]。将放热氢裂解与吸热芳构化相结合，可以在280 ℃下实现整体热力学转化，将PE转化为长链烷基烃和烷基环烷[99]。生物质和塑料废弃物热解具有协同作用，但对芳烃化合物的生产依赖于生物质原料[100]。液态烷基芳烃可用作生产各种日常生活产品的原料，如表面活性剂、润滑剂、制冷液和绝缘油[98]。另外，通过两步串联化学-光/电催化工艺将PE废弃物转化为易于分离的气态烃[101]。通过结合磺化和Fenton降解反应，在温和的环境条件下将PE塑料废弃物转化为羧酸[102]。

PE的热值与原油的热值相当，通过使用催化剂或加氢裂解PE以调整液态烷烃分布，在提供商业燃料产品方面显示出巨大的潜力。液态碳氢化合物作为燃料适合用于汽油和柴油发动机。使用碳酸铜催化剂，在23～390 ℃时，将废弃的HDPE塑料转变为液态烃燃料[103]。此外，镍基催化剂是制备含氧量最低的类柴油馏分(C11～C12)的最佳催化剂[104]。通过串联催化交叉烷烃复分解方法，在相对温和条件下高效降解PE，将其转化为有用的液体燃料和蜡[105]。非热等离子体辅助氢解HDPE可制备C1～C3碳氢化合物[106]，在室温条件下，选择性得到了以CH4、C2H6和C3H8为主的轻烷烃，收率大于95%。另外，在温和的水热条件下，采用水热氧化预处理和催化水相重整的创新型两步工艺将PE废弃塑料转化为H2[107]。

PE废弃物作为丰富且成本低廉的碳源，可用于生产多功能碳材料[108]。使用一种装有镍催化剂的不锈钢网，可以回收PE热解产生的碳纳米管[109]。通过热解重整技术，PE废弃物转为H2的同时，能够回收高价值碳纳米管[110]。使用一种模板基催化剂(Ni/阳极Al2O3)进行热催化反应，可以提升碳纳米管的收率和均一性[111]。另外，PE废弃物的化学升级再造产物还可以用作锂离子电池阳极[112]，转化为Fe3O4@C复合材料[113]等。

2.2 聚乙烯废弃塑料生物升级再造

塑料废弃物经解聚酶等相关酶作用，逐步解聚降解为单体，这些单体如果不加以利用，会继续通过微生物同化和矿化转化为CO2和水(有氧条件)或甲烷(无氧条件)。在生物解聚中，选择性解聚或部分解聚塑料废弃物，解析塑料解聚中间体的微生物代谢途径，人工构建生物高值化合成途径，可以提高固体废弃物的价值，实现循环可持续升级再造。虽然PE生物解聚的产物不够明晰，也未有相关生物高值化的报道，但是从PE热解获得的低聚物可以通过各种生物代谢途径转化为脂肪酸、聚羟基烷酸酯(PHA)和生物表面活性剂等增值产品，这为PE生物法升级再造提供了思路。

PE塑料热解产物中含有许多碳氢化合物，其正构烷烃部分可以由烷烃降解菌进行好氧降解产生伯醇，进一步氧化成醛，最后转化为脂肪酸[114]。PP塑料可被热解解聚为支链脂肪醇和烯烃，与PE热解结果相似，它们的解聚产物用于Yarrowialipolytica发酵生产脂肪酸[115]，在312 h内，Y.lipolytica利用了超过80%的底物产生492 mg/L的C16～C18不饱和脂肪酸。

聚羟基烷酸酯是由细菌合成的胞内聚酯，可作为生物高值化产品的重要候选。铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)以PE热解产生的C8～C32的PE蜡作为发酵底物，积累近25%细胞干质量的PHA[116]。另外一种菌株真氧产碱杆菌(Ralstoniaeutropha)同样能够利用PE蜡合成PHA，并且氧化PE蜡会促进PHA的积累[117]。一次性PE医用塑料废弃物和废煎炸油微波共热解转化为低碳氮比的液态油，巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)利用液态油发酵48 h产生了11%(质量分数)聚羟丁酸[118]。更重要的是，杀虫贪铜菌(Cupriavidusnecator)在LDPE上生长的同时能产生短链长度的聚羟基烷酸酯，21 d积累的聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸)占细胞干质量的3.18%±0.4%[119]。

生物表面活性剂可以改善碳氢化合物的生物降解性[120]，它不仅是烃类降解菌吸收烃的前提，而且也是次生代谢产物[121]。因此，PE部分热解产物可以用来促进微生物合成生物表面活性剂。

2.3 聚乙烯废弃塑料升级再造产品的定位

高值化升级再造旨在将低值无用的固体塑料废弃物重新利用为具有更高“价值”的产品[122]。在可持续塑料经济中，“价值”的概念比经济价值更广泛，鼓励更全面可持续替代的塑料废弃物解决方案，尤其是需要从全生命周期定位绿色可持续的废弃塑料升级再造产品。

PE废弃塑料升级再造方式包括机械回收、化学回收和生物高值化。机械回收是实现塑料制品闭环的常见回收策略。回收消费后的塑料废弃物普遍采用机械重组，分选技术的局限导致再加工产品性能变差。机械回收策略虽然实现了塑料废弃物的再造，但缺少对再造产品的价值升级。

目前，化学回收在PE废弃物管理中发挥着重要作用。化学回收策略以塑料废弃物为反应底物，通过PE热解、热催化裂解、氢解等化学反应获得热解产物，作为升级再造产品，主要为基本化学品、液体燃料油和材料。在化学回收策略中，解聚与高值化同时发生，解聚产物即为增值产品或其生产原料，但缺少增值产品的可选择性。

生物技术为塑料废弃物解聚和升级再造提供了绿色可持续的方案。聚烯烃通过预处理或细胞(酶)催化等过程发生解聚，产生解聚中间体。随之通过人工构建的生物高值化合成途径，发酵提高塑料废弃物的价值。级联解聚和高值化有利于匹配各个过程的反应条件。人工混菌体系有利于抑制解聚中间体的积累，已有一锅法实现塑料解聚与高值化[123]。

塑料废弃物高值化升级再造产品的目标是环境友好、经济可行、功能可替代[122]。第一，可生物降解塑料作为增值产品的首要选择。以PHA为例的可生物降解塑料满足增值产品的定位要求。第二，可生物降解塑料单体作为次要选择。例如，通过生物高值化生产乳酸，并以此作为原料合成聚乳酸，生产可生物降解塑料。第三，新型可控降解型塑料作为拓展。例如，可以制备酶嵌入式塑料，通过提升温度至40 ℃调控嵌入式酶水解反应的进行，实现可控生物降解[124]。以上增值产品对原有塑料制品实现功能替代，但还需与从化石能源直接生产塑料制品的能源和经济消耗水平相比较，以真正达到高值化。第四，大宗化学品和精细化学品作为最后选择。只有降低微生物发酵生产大宗化学品和精细化学品的成本，才能实现经济可行性。

3 聚乙烯废弃塑料生物解聚与高值化挑战及可能的解决办法

虽然PE废弃塑料化学回收和升级再造为解决废弃塑料资源回收提供了方案，但是绿色可持续的生物解聚再造方案仍然吸引着人们更大的兴趣。

3.1 聚乙烯高分子聚合物结构稳定

PE的高分子聚合物特性是影响微生物生物解聚的重要因素。长链烷烃的生物降解效率随着碳原子数增加而降低，因此，PE超长的分子链导致生物解聚效率低下。PE的结晶区域排列紧密，对微生物和酶具有较大的空间位阻；而且PE无亲水基团，具有强烈疏水性，导致生物可及性差，所以生物降解的效率低。

针对PE高聚物独特稳定的结构，可采用物理化学方法预处理来解除生物限制，提高解聚效率。紫外辐射或化学试剂等处理能够活化惰性PE链，降低聚合物分子量。温度是影响聚合物结晶的重要因素，高温可以减少结晶区的形成。表面活性剂可以改变PE疏水结构，增加生物可及性。PE高聚物的稳定结构不会因高效解聚酶的发现而有所改变，因此温和的预处理条件在PE废弃塑料解聚中始终是必需的。这里提到的预处理条件有两种选择的建议：一种是生物温和的预处理，采用类似PET酶解的一锅反应；另一种是低能量消耗的物理化学法预处理，采用与生物串联催化降解的方法，这需要应用分离技术来避免预处理对生物的毒性。

3.2 聚乙烯解聚酶和其他关键酶缺乏

单一的解聚酶催化断裂PE碳碳骨架十分困难，势必需要氧化反应活化碳碳键(C—C)(预处理或氧化酶完成)后，再利用相关的加氧酶、羟化酶和水解酶等随后催化PE解聚。传统的选择性培养严重限制了寻找塑料降解酶的范围，会忽略多种降解酶的作用，因此，需要挖掘更多的相关酶为高效生物解聚的候选酶，开发PE生物解聚方案。

针对PE关键酶缺乏，可基于组学文库开发高通量筛选技术来挖掘大量PE降解候选酶。基于宏基因组学和蛋白质组学挖掘塑料降解关键酶已展示出巨大的潜力[13]。筛选宏基因组文库有两种常用的方法：基于序列的筛选和基于功能的筛选。选择合适的筛选文库类型至关重要，并且开发高通量筛选方法也会加速降解酶的发现。在关键降解酶被发现之后，应尽力解析酶促反应机制，利用多酶级联降解作用，构建生物代谢途径。此外，利用机器学习和人工智能等计算技术来协助设计蛋白质工程策略，可以有效和准确地优化塑料降解酶。

3.3 聚乙烯生物解聚机制模糊

PE生物解聚不仅需要多种酶的参与，还涉及多种中间产物的生成，因此，需要准确快速的PE解聚表征方法，有助于PE生物解聚机制的解析。

针对PE生物解聚机制模糊的问题，需要开发新型表征手段检测PE氧化中间体，解析多酶解聚PE的机制。基于PE基材的表征方法(如，傅里叶红外变换光谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热仪等)，对聚合物整体结构、分子量、结晶度进行表征。这些表征方法只可描述聚合物整体的物理参数，但对于解聚过程的解析还存在不足，例如，当惰性PE链被氧化时，酶结合位点不能被分析。PE解聚中间体主要是PE基材上的变化，需要合适的聚合物检测方法，因为仅对脱落的解聚产物检出，缺乏解聚中间体的检测，无法理解完整的生物解聚机制。

3.4 聚乙烯生物高值化产品笼统

PE解聚产物高值化升级再造是对废弃塑料增值的方案。在这一理念中，高值化产品的可持续替代概念最为重要。研究广泛的化学升级产品主要为基本化学品、液体燃料油和材料，这些增值产品多是对PE废弃物的增值，并没有替代作用。所以可持续替代的升级循环能为生物高值化产物的选择提供依据。

针对PE生物高值化产品的选择，有两个可行性的方案。一种是利用解聚产物生物合成可生物降解塑料。因为可生物降解塑料可实现废弃PE的增值和原有功能的部分替代，是升级产品的首要选择。通过生物合成胞内聚酯PHA，在塑料替代品上表现出无限的潜力。另一种是利用解聚产物生物合成可生物降解塑料或单体。通过生物合成乳酸，为塑料行业提供非化石能源底物，这里需要考虑从废弃PE回收合成乳酸的经济可行性。最后，需要完善可生物降解塑料的回收管理，以实现PE废弃塑料的回收逐渐向可生物降解塑料回收转变，实现可持续替代的升级循环。

4 总结与展望

PE废弃塑料生物解聚与高值化在塑料废弃物回收管理上展现出绿色可持续的优势。尽管已经从环境中分离出PE降解菌和酶，但是PE生物降解机制仍不清楚，降解效率低。因此，PE生物解聚机制的解析仍是目前研究的难点。一方面，依序解决生物解聚的挑战。首先检测聚合物解聚表征方法，随后开展高通量筛选降解相关酶，解析PE生物解聚机制，最后通过蛋白质工程提升酶解聚效率。另一方面，通过物理化学预处理方法解除生物限制，协同生物技术促进PE解聚。

从生物高值化的角度看，PE生物解聚后，通过人工构建的生物合成途径，合成可生物降解塑料，有助于促进塑料产业实现真正的循环经济。加强塑料废弃物的回收管理，使废弃塑料再次转变为新塑料，在塑料产业内实现“生产—使用—回收—再生产”的全生命周期循环制造。

值得注意的是，实际环境中各种废弃塑料混合在一起难以分离，并且出现越来越多的PE复合材料，这给废弃塑料回收分拣增加了难度。通过人工构建多酶混菌体系，定向调控混菌体系动态变化，可以实现对混合废弃塑料的解聚和高值化升级再造。