Het grote probleem met kunststoffen is dat ze, hoewel ze heel lang meegaan, de meeste worden weggegooid na slechts één gebruik. Sinds de uitvinding van plastic in de jaren vijftig, ongeveer 8, 300m metrische ton (Mt) zijn gemaakt, maar meer dan de helft (4, 900 Mt) ligt al op een stortplaats of is verloren gegaan aan het milieu. Alleen al in 2010 naar schatting 4,8 tot 12,7 Mt ging de oceanen in.

Slechts een klein deel van de honderden soorten kunststoffen kan met conventionele technologie worden gerecycled. Maar er zijn nog andere dingen die we kunnen doen om plastic opnieuw te gebruiken nadat ze hun oorspronkelijke doel hebben gediend. Mijn onderzoek, bijvoorbeeld, richt zich op chemische recycling, en ik heb onderzocht hoe voedselverpakkingen kunnen worden gebruikt om nieuwe materialen te maken, zoals draden voor elektriciteit.

Bij chemische recycling gebruik je de samenstellende elementen om nieuwe materialen te maken. Alle kunststoffen zijn gemaakt van koolstof, waterstof en soms zuurstof. De hoeveelheden en rangschikkingen van deze drie elementen maken elk plastic uniek. Omdat kunststoffen zeer zuivere en zeer geraffineerde chemicaliën zijn, ze kunnen worden afgebroken tot deze elementen en vervolgens in verschillende arrangementen worden gebonden om hoogwaardige materialen te maken, zoals koolstofnanobuisjes. In theorie, de enige bijproducten hiervan zouden zuurstof en waterstof moeten zijn.

Koolstofnanobuisjes zijn kleine moleculen met ongelooflijke fysieke eigenschappen. Denk aan een stuk kippengaas gewikkeld in een cilinder. Zo ziet de structuur van een koolstofnanobuis eruit. Wanneer koolstof zo is gerangschikt, kan het zowel warmte als elektriciteit geleiden. Deze twee verschillende vormen van energie zijn elk erg belangrijk om te beheersen en in de juiste hoeveelheden te gebruiken, afhankelijk van uw behoeften.

Voor ons nieuwe onderzoek we namen kunststoffen - in het bijzonder zwarte kunststoffen, die veel worden gebruikt als verpakking voor kant-en-klaarmaaltijden en groenten en fruit in supermarkten, maar niet gemakkelijk kunnen worden gerecycled - en de koolstof ervan hebben ontdaan, bouwde vervolgens nanobuismoleculen van onder naar boven met behulp van de koolstofatomen.

Nanobuisjes zijn 80, 000 keer dunner dan een mensenhaar, in feite zijn ze vrijwel zo dun als DNA-strengen. Maar omdat ze zijn gemaakt van koolstof-koolstofbindingen, krijgen ze ook diamantachtige sterkte. Ze zijn zo sterk dat ze worden beschouwd als het ideale materiaal voor een voorgestelde ruimtelift.

Nanobuisjes zijn al gebruikt om geleidende films te maken op touchscreen-displays, en door hun buigzaamheid zijn ze ook ideaal voor flexibele elektronica. Ze zijn ook gebruikt om stoffen te ontwikkelen die energie opwekken als je beweegt, en NASA heeft ze gebruikt om elektrische schokken op het Juno-ruimtevaartuig te voorkomen. In aanvulling, ze werden onlangs gebruikt om antennes voor 5G-netwerken te maken.

Nieuw gebruik voor nanobuisjes

We hebben specifiek koolstofnanobuisjes gemaakt omdat ze kunnen worden gebruikt om het probleem van oververhitting en defecte elektriciteitskabels op te lossen. Over de hele wereld gaat ongeveer 8% van de elektriciteit verloren bij transmissie en distributie. Dit lijkt misschien niet veel, maar het is laag omdat elektriciteitskabels kort zijn, wat betekent dat elektriciteitscentrales dicht bij de plaats moeten zijn waar elektriciteit wordt gebruikt, anders gaat de energie verloren bij de transmissie. Veel langeafstandskabels (die van metaal zijn gemaakt) kunnen niet op volle capaciteit werken omdat ze oververhit raken en smelten. Dit is een reëel probleem voor een toekomst met hernieuwbare energie die gebruik maakt van wind of zonne-energie, omdat de beste sites ver verwijderd zijn van waar mensen wonen.

Ik heb verschillende jaren doorgebracht om te leren wat belangrijk is om de beste elektrische prestaties uit koolstofdraden te halen. Om dit te doen, heb ik me eerst gespecialiseerd in het maken van nanobuisjes van de hoogste kwaliteit met behulp van de meest geschikte methoden om de beste geleider te maken. Ik bracht de beste reactieomstandigheden in kaart waardoor we zwarte kunststoffen als grondstof konden gebruiken.

Nu hebben we nanobuisjes kunnen gebruiken om elektriciteit over te brengen naar een gloeilamp in een klein demonstratiemodel. Op de lange termijn ben ik van plan om hoogzuivere elektrische kabels van koolstof te maken met behulp van afvalplastic. En ik ben momenteel bezig om de elektrische prestaties van het nanobuismateriaal te verbeteren en de output te verhogen. zodat ze klaar zijn voor grootschalige inzet in de komende drie jaar.

Onder mijn motto "geen koolstof achtergelaten" ontwikkelen we ook nieuwe manieren om kunststoffen snel en economisch om te zetten met behulp van deze chemische recyclingmethode. Elke koolstof die aan ons proces ontsnapt, is een verlies voor ons, en kan een vervuiler zijn. We streven ernaar dit tot een absoluut minimum te beperken door de koolstof na elke stap af te vangen met behulp van chemische wassers om koolstof uit het uitlaatgas te halen, zodat het keer op keer kan worden geüpcycled, totdat we zoveel mogelijk van de originele koolstof hebben gebruikt als fysiek mogelijk is.

We kijken ook naar het gebruik van andere vormen van koolstofafval om nanomaterialen te maken. Kunststoffen zijn een bekend probleem, maar er zijn tal van andere koolstofmaterialen zoals banden, papieren, verven, oplosmiddelen, en koelmiddelen die niet altijd een eindelevensduurplan hebben. Het plasticprobleem groeit met het tempo van het plasticgebruik, waarvan slechts een zeer kleine hoeveelheid wordt hergebruikt. Maar ons onderzoek toont aan dat we het probleem van vandaag kunnen gebruiken om de materialen van morgen te maken.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.