Kunststoffen voor eenmalig gebruik hebben misschien meer intrinsieke waarde dan u denkt.

Onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het upcyclen van overvloedige, ogenschijnlijk laagwaardige kunststoffen tot hoogwaardige vloeibare producten, zoals motoroliën, smeermiddelen, wasmiddelen en zelfs cosmetica. De ontdekking verbetert ook de huidige recyclingmethoden die resulteren in goedkope, plastic producten van lage kwaliteit.

De katalytische methode is een een-tweetje door plasticvervuiling uit het milieu te halen en bij te dragen aan een circulaire economie.

Noordwestelijke Universiteit, Argonne National Laboratory en Ames Laboratory leidden het multi-institutionele team.

"Ons team is verheugd deze nieuwe technologie te hebben ontdekt die ons zal helpen het toenemende probleem van de ophoping van plastic afval voor te zijn, " zei Kenneth R. Poeppelmeier van Northwestern, die hebben meegewerkt aan het onderzoek. "Onze bevindingen hebben brede implicaties voor het ontwikkelen van een toekomst waarin we kunnen blijven profiteren van plastic materialen, maar doe dit op een manier die duurzaam is en minder schadelijk voor het milieu en mogelijk de menselijke gezondheid."

Poeppelmeier is de Charles E. en Emma H. ​​Morrison hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences van Northwestern, directeur van Northwestern's Centre for Catalysis and Surface Science en lid van Northwestern's Program on Plastics, Ecosystemen en volksgezondheid.

Poeppelmeier leidde het werk samen met Aaron D. Sadow, een wetenschapper in de afdeling Chemische en Biologische Wetenschappen van Ames Laboratory, en Massimiliano Delferro, groepsleider van het katalyseprogramma van Argonne National Laboratory.

De studie wordt op 23 oktober gepubliceerd in het tijdschrift ACS Centrale Wetenschap .

Het plastic probleem

Elk jaar, Wereldwijd wordt 380 miljoen ton plastic gemaakt. En terwijl de kunststofmarkt blijft groeien, veel analisten voorspellen dat de productie tegen 2050 zou kunnen verviervoudigen. Meer dan 75% van deze plastic materialen wordt na eenmalig gebruik weggegooid. Velen van hen komen terecht in onze oceanen en waterwegen, schade toebrengen aan dieren in het wild en het verspreiden van gifstoffen.

"Er zijn zeker dingen die we als samenleving kunnen doen om de consumptie van plastic in sommige gevallen te verminderen, " zei Sadow. "Maar er zullen altijd gevallen zijn waarin kunststoffen moeilijk te vervangen zijn, dus we willen echt zien wat we kunnen doen om waarde in het afval te vinden."

Hoewel kunststoffen kunnen worden gesmolten en opnieuw worden verwerkt, dit type recycling levert materialen met een lagere waarde op die niet zo structureel sterk zijn als het oorspronkelijke materiaal. Voorbeelden hiervan zijn het downcyclen van plastic flessen tot een gegoten parkbank.

Wanneer achtergelaten in het wild of op stortplaatsen, kunststoffen worden niet afgebroken omdat ze zeer sterke koolstof-koolstofbindingen hebben. In plaats daarvan, ze vallen uiteen in kleinere plastics, bekend als microplastics. Terwijl sommige mensen deze sterke banden als een probleem zien, het noordwesten, Argonne National Laboratory en het Ames Laboratory-team zagen dit als een kans.

"We probeerden de hoge energie die deze bindingen bij elkaar houdt terug te verdienen door de polyethyleenmoleculen katalytisch om te zetten in commerciële producten met toegevoegde waarde, ' zei Delferro.

Een katalytische oplossing

De katalysator bestaat uit platina-nanodeeltjes - slechts twee nanometer groot - die zijn afgezet op perovskiet-nanoblokjes, die ongeveer 50-60 nanometer groot zijn. Het team koos voor perovskiet omdat het stabiel is onder de hoge temperaturen en drukken en een uitzonderlijk goed materiaal voor energieconversie.

Om nanodeeltjes op de nanokubussen te deponeren, het team gebruikte atomaire laagafzetting, een bij Argonne ontwikkelde techniek waarmee nanodeeltjes nauwkeurig kunnen worden gecontroleerd.

Onder matige druk en temperatuur, de katalysator splitste de koolstof-koolstofbinding van plastic om hoogwaardige vloeibare koolwaterstoffen te produceren. Deze vloeistoffen kunnen worden gebruikt in motorolie, smeermiddelen of wassen of verder verwerkt tot ingrediënten voor wasmiddelen en cosmetica. Dit in tegenstelling tot commercieel verkrijgbare katalysatoren, die producten van mindere kwaliteit voortbracht met veel korte koolwaterstoffen, het nut van de producten te beperken.

Nog beter:de katalytische methode produceerde veel minder afval in het proces. Recyclingmethoden die plastic smelten of conventionele katalysatoren gebruiken, genereren broeikasgassen en giftige bijproducten.