Chemici aan de Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) heeft een methode ontdekt die plastic afval kan omzetten in waardevolle chemicaliën door gebruik te maken van zonlicht.

Bij laboratoriumexperimenten, het onderzoeksteam mengde kunststoffen met hun katalysator in een oplosmiddel, waardoor de oplossing lichtenergie kan benutten en de opgeloste kunststoffen kan omzetten in mierenzuur - een chemische stof die in brandstofcellen wordt gebruikt om elektriciteit te produceren.

Hun werk melden in Geavanceerde wetenschap , het team onder leiding van NTU-assistent-professor Soo Han Sen van de School of Physical and Mathematical Sciences maakte hun katalysator van de betaalbare, biocompatibel metaalvanadium, vaak gebruikt in staallegeringen voor voertuigen en aluminiumlegeringen voor vliegtuigen.

Toen de op vanadium gebaseerde katalysator werd opgelost in een oplossing die een niet-biologisch afbreekbare consumentenplastic zoals polyethyleen bevat en werd blootgesteld aan kunstmatig zonlicht, het verbrak de koolstof-koolstofbindingen in het plastic in zes dagen.

Dit proces veranderde het polyethyleen in mierenzuur, een natuurlijk voorkomend conserveermiddel en antibacterieel middel, die ook kan worden gebruikt voor energieopwekking door energiecentrales en in voertuigen met waterstofbrandstofcellen.

"We wilden duurzame en kosteneffectieve methoden ontwikkelen om zonlicht te benutten voor de productie van brandstoffen en andere chemische producten, "zei Asst Prof Soo. "Deze nieuwe chemische behandeling is het eerste gerapporteerde proces dat een niet-biologisch afbreekbare plastic zoals polyethyleen volledig kan afbreken met zichtbaar licht en een katalysator die geen zware metalen bevat."

In Singapore, het meeste plastic afval wordt verbrand, uitstoot van broeikasgassen zoals koolstofdioxide, en de overgebleven massa-verbrandingsas wordt vervoerd naar de stortplaats in Semakau, die naar schatting tegen 2035 ruimtegebrek zal hebben.

Het ontwikkelen van innovatieve zero-waste oplossingen, zoals deze milieuvriendelijke katalysator om afval om te zetten in grondstoffen, maakt deel uit van de NTU Smart Campus visie om een ​​duurzame toekomst te ontwikkelen.

Energie van de zon gebruiken om chemicaliën om te zetten

De op vanadium gebaseerde katalysator, die wordt ondersteund door organische groepen en meestal wordt afgekort als LV(O), gebruikt lichtenergie om een ​​chemische reactie aan te drijven en staat bekend als een fotokatalysator.

Met fotokatalysatoren kunnen chemische reacties worden aangedreven door zonlicht, in tegenstelling tot de meeste reacties die in de industrie worden uitgevoerd en waarvoor warmte nodig is, meestal opgewekt door de verbranding van fossiele brandstoffen.

Andere voordelen van de nieuwe fotokatalysator zijn de lage kosten, overvloedig, en milieuvriendelijk, in tegenstelling tot gewone katalysatoren gemaakt van dure of giftige metalen zoals platina, palladium of ruthenium.

Hoewel wetenschappers andere benaderingen hebben geprobeerd om afvalplastic om te zetten in bruikbare chemicaliën, veel benaderingen omvatten ongewenste reagentia of te veel stappen om op te schalen.

Een voorbeeld is een benadering die fotoreforming wordt genoemd, waar plastic wordt gecombineerd met water en zonlicht om waterstofgas te produceren, maar dit vereist het gebruik van katalysatoren die cadmium bevatten, een giftig zwaar metaal. Andere methoden vereisen dat kunststoffen worden behandeld met agressieve chemische oplossingen die gevaarlijk zijn om te hanteren.

De meeste kunststoffen zijn niet biologisch afbreekbaar omdat ze buitengewoon inerte chemische bindingen bevatten die koolstof-koolstofbindingen worden genoemd. die niet gemakkelijk worden afgebroken zonder toepassing van hoge temperaturen.

De nieuwe op vanadium gebaseerde fotokatalysator, ontwikkeld door het NTU-onderzoeksteam, is speciaal ontworpen om deze bindingen te verbreken. en doet dit door zich vast te klampen aan een nabijgelegen chemische groep die bekend staat als een alcoholgroep en energie te gebruiken die wordt geabsorbeerd door zonlicht om het molecuul als een ritssluiting te ontrafelen.

Omdat de experimenten op laboratoriumschaal zijn uitgevoerd, de kunststofmonsters werden eerst opgelost door in een oplosmiddel tot 85 graden Celsius te verhitten, voor de katalysator, die in poedervorm is, werd ontbonden. De oplossing werd vervolgens enkele dagen blootgesteld aan kunstmatig zonlicht. Met behulp van deze aanpak toonde het team aan dat hun fotokatalysator in staat was om de koolstof-koolstofbindingen in meer dan 30 verschillende verbindingen af ​​te breken en de resultaten demonstreerden het concept van een milieuvriendelijke, goedkope fotokatalysator.

Het onderzoeksteam streeft nu naar verbeteringen in het proces dat de afbraak van kunststoffen mogelijk maakt om andere nuttige chemische brandstoffen te produceren, zoals waterstofgas.