De wereld verdrinkt in plastic. Ongeveer 60% van de meer dan 8, 700 miljoen ton plastic ooit gemaakt is niet meer in gebruik, in plaats daarvan zat meestal in stortplaats of vrijgegeven aan het milieu. Dat staat gelijk aan meer dan 400 kg plastic afval voor elk van de 7,6 miljard mensen op aarde.

Een reden hiervoor is dat veel kunststoffen in ons huidige systeem niet recyclebaar zijn. En zelfs degenen die recyclebaar zijn, gaan uiteindelijk nog steeds naar de vuilstort.

Kunststoffen kunnen niet oneindig worden gerecycled, in ieder geval niet met traditionele technieken. De meeste krijgen maar één keer een nieuw leven voordat ze op aarde belanden, de oceaan of een verbrandingsoven. Maar er is hoop in een andere vorm van recycling die bekend staat als chemische recycling.

Traditionele fysieke of mechanische recycling vermaalt plastic meestal tot kleinere delen die vervolgens worden gemengd en samen gegoten om plastic producten van lagere kwaliteit te maken. Chemische recycling, anderzijds, breekt het plastic af tot op moleculair niveau, het beschikbaar maken van "platformmoleculen" die vervolgens kunnen worden gebruikt om andere materialen te maken. Het is nog vroeg voor dit idee, maar in principe, het zou een hele reeks mogelijkheden kunnen openen.

Kunststoffen zijn een brede classificatie van materialen die bekend staan ​​als polymeren, die zijn gemaakt van kleine "monomeer" bouwsteenmoleculen die voornamelijk zijn samengesteld uit koolstof en waterstof. De uitdaging bij het chemisch recyclen van plastic is het vinden van de juiste technieken om het materiaal af te breken en opnieuw samen te stellen tot een verscheidenheid aan eindproducten, terwijl afval wordt geminimaliseerd.

Dit alles moet op een productieve, economisch, grootschalige en CO2-neutrale manier. De uiteindelijke oplossing zou minder schade moeten veroorzaken dan het probleem dat het probeert op te lossen.

De monomeren waaruit kunststoffen bestaan, kunnen verschillende vormen en maten aannemen:sommige zijn rechte lijnen, sommige zijn vertakt en sommige hebben ringen. De manier waarop ze met elkaar zijn verbonden, bepaalt de materiaaleigenschappen van de kunststof, inclusief hoe gemakkelijk het is om ze af te breken, hun smelttemperaturen enzovoort.

In de meest eenvoudige bewoordingen, het verbreken van chemische bindingen is allemaal een kwestie van energie. Kunststoffen zijn grotendeels zeer stabiele materialen, dus ze hebben over het algemeen veel energie nodig om ze af te breken, meestal in de vorm van warmte om een ​​proces genaamd pyrolyse te veroorzaken. Met de juiste katalysator heeft u meer controle over de afbraak, een materiaal dat de chemische reactie op gang brengt vanaf een specifieke locatie in de polymeerketen.

Een voorbeeld van een katalysator is het type biologisch molecuul dat bekend staat als een enzym. Deze komen voor in levende organismen en spelen een vitale rol bij processen in het lichaam zoals de spijsvertering. Er zijn tot 50 bekende "plastivore" micro-organismen die plastic kunnen verteren omdat ze enzymen bevatten die het helpen afbreken.

Maar het gebruik van deze natuurlijke processen kan een uitdaging zijn, omdat je de biologische organismen in leven moet houden, dus ze vereisen zeer specifieke omstandigheden zoals temperatuur en pH-niveaus, en het duurt vaak lang voordat het proces is voltooid. Echter, met meer onderzoek kunnen ze in de toekomst commercieel worden gebruikt.

Andere katalysatoren kunnen vrij snel werken. Bijvoorbeeld, mijn collega's en ik hebben aangetoond dat het mogelijk is om ijzeren nanodeeltjes te gebruiken om zwart plastic (een van de moeilijkst te recyclen soorten) in een mum van tijd om te zetten in koolstofnanobuisjes. We konden dit nieuwe materiaal vervolgens gebruiken om elektrische componenten te bouwen, zoals datakabels om informatie naar een luidsprekersysteem te sturen om muziek af te spelen.

Nieuwe technieken

Er is een wereldwijde inspanning in dit groeiende veld om nieuwe technieken te ontwikkelen. Onderzoek heeft aangetoond dat je oude bakolie (een natuurlijk polymeer) chemisch kunt recyclen tot een biologisch afbreekbare hars voor gebruik in 3D-printers. Andere afvalstoffen zoals voedsel, rubber en plastic kunnen worden gebruikt om snel grafeen (een één atoom dikke vorm van koolstof) te produceren. Wetenschappers hebben ook een manier ontwikkeld om bioplastics herhaaldelijk te recyclen in plaats van ze langzaam biologisch af te laten breken en koolstofdioxide af te geven.

Chemische recycling zou een aanvulling kunnen zijn op mechanische recycling, vooral voor probleemmaterialen in fysieke recycling zoals dunne films en microplastics. Deze komen vanwege hun kleine formaat en sterkte vast te zitten in de maalmachines, waardoor het hele systeem vastloopt, vertragen of zelfs helemaal stoppen en moeten worden schoongemaakt. De slijpmachines kunnen niet werken op dunne films, laat staan ​​microplastic materialen die honderden keren kleiner zijn.

Veel van deze technieken zijn in het laboratorium gedemonstreerd en er zijn inmiddels meerdere bedrijven die dit op commercieel niveau doen. Deze processen kosten tijd, deskundigheid en geld. Maar totdat we stoppen met het gebruik van kunststoffen, is dit een groeiend gebied van investeringsmogelijkheden om een ​​circulaire koolstofeconomie te ontwikkelen dankzij het gebruik van chemische recycling van kunststoffen.

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