Jaarlijks belanden er miljoenen tonnen plastic op stortplaatsen. Het is een groot maatschappelijk probleem en een nog grotere bedreiging voor het milieu.

In de Verenigde Staten, minder dan 9% van het plastic afval wordt gerecycled. In plaats daarvan, meer dan 75% van het plastic afval belandt op stortplaatsen en tot 16% wordt verbrand, een proces waarbij giftige gassen vrijkomen in de atmosfeer.

Onderzoekers van het Centre for Plastics Innovation (CPI) van de University of Delaware hebben een directe methode ontwikkeld om plastic afval voor eenmalig gebruik om te zetten:plastic zakken, yoghurt bakjes, plastic flessen en kroonkurken, verpakkingen en meer - tot gebruiksklare moleculen voor vliegtuigbrandstoffen, diesel en smeermiddelen.

Het werk, gerapporteerd in een krant in wetenschappelijke vooruitgang op woensdag, 21 april richt zich op het gebruik van een nieuwe katalysator en een uniek proces om deze moeilijkst te recyclen kunststoffen snel af te breken, bekend als polyolefinen. Polyolefinen zijn goed voor 60 tot 70% van alle kunststoffen die tegenwoordig worden gemaakt.

Het door UD ontwikkelde proces vereist ongeveer 50% minder energie dan andere technologieën, en het houdt niet in dat er koolstofdioxide aan de atmosfeer wordt toegevoegd, een emissiebesparing ten opzichte van andere veelgebruikte technieken. Het kan in slechts een paar uur bij lage temperatuur worden gedaan, rond de 250 graden Celsius. Dit is iets hoger dan de oventemperatuur van 450 graden Fahrenheit die u zou kunnen gebruiken om thuis groenten te roosteren of bladerdeeg te bakken.

belangrijk, de methode van het UD-team kan een verscheidenheid aan kunststoffen behandelen, zelfs als ze met elkaar vermengd zijn, een pluspunt gezien de manier waarop recyclebare materialen worden beheerd.

"Chemische conversie is de meest veelzijdige en robuuste aanpak om plastic afval tegen te gaan, " zei Dion Vlachos, de hoofdonderzoeker van het project en de Unidel Dan Rich Chair in Energy Professor of Chemical and Biomolecular Engineering aan de UD.

Co-auteurs van het papier zijn onder meer Sibao Liu, een voormalig UD-postdoctoraal onderzoeker, nu universitair hoofddocent chemische technologie en technologie aan de Tianjin University; en CPI-onderzoekers Pavel Kots, een UD-postdoctoraal onderzoeker; Brandon Vance, een UD-afgestudeerde student; en Andrew Danielson, een senior hoofdvak in de chemische technologie.

Kant-en-klare moleculen maken

Het UD-onderzoeksteam gebruikte een chemisch proces dat hydrokraken wordt genoemd om de plastic vaste stoffen af ​​te breken in kleinere koolstofmoleculen. vervolgens aan beide uiteinden waterstofmoleculen toegevoegd om het materiaal voor gebruik te stabiliseren.

Katalytisch kraken is niet nieuw. Raffinaderijen gebruiken het al jaren om zware ruwe olie om te zetten in benzine.

De methode van het onderzoeksteam, echter, doet meer dan alleen het plastic afbreken. Het zet het materiaal ook om in vertakte moleculen, waardoor ze directer kunnen worden omgezet in een eindproduct.

"Dit maakt ze gebruiksklare moleculen voor hoogwaardige smeer- of brandstoftoepassingen, " zei Vlachos, die ook het Delaware Energy Institute en het Catalysis Center for Energy Innovation bij UD leidt.

De katalysator zelf is eigenlijk een hybride materiaal, een combinatie van zeolieten en gemengde metaaloxiden.

Van zeolieten is bekend dat ze eigenschappen hebben waardoor ze goed zijn in het maken van vertakte moleculen. Zeolieten worden gevonden in zaken als waterzuivering of onthardingssystemen en huishoudelijke wasmiddelen, waar ze mineralen zoals calcium en magnesium tegengaan, hard water zachter maken en het wasproces verbeteren.

Gemengde metaaloxiden, In de tussentijd, staan ​​bekend om hun vermogen om grote moleculen precies de juiste hoeveelheid af te breken zonder het te overdrijven. De maagzuurremmer in je medicijnkastje, bijvoorbeeld, is een metaaloxide dat wordt gebruikt om af te breken, of neutraliseren, het zuur dat uw maagklachten veroorzaakt.

"Alleen deze twee katalysatoren doen het slecht. Samen, de combinatie doet magie, het smelten van de kunststoffen en laten geen plastic achter, ' zei Vlachos.

Dit geeft de door CPI ontwikkelde methode een voordeel ten opzichte van de huidige technieken die tegenwoordig worden gebruikt, hoewel Vlachos benadrukte dat er meer werk nodig is om deze wetenschappelijke methoden naar de industrie te vertalen. Nog een pluspunt:de katalysatormaterialen van het team worden veel gebruikt en, daarom, redelijk goedkoop en overvloedig.

"Dit zijn geen exotische materialen, zodat we snel kunnen nadenken over het gebruik van de technologie, " zei hij. Hij en Liu hebben een voorlopig patent aangevraagd op de nieuwe bi-katalysator en unieke methode via UD's Office of Economic Innovation and Partnerships.

Duurzame oplossingen, circulaire economie

Het verminderen van plastic afval door het chemisch om te zetten in brandstoffen kan een krachtige rol spelen bij het stimuleren van een circulaire economie, waar materialen aan het einde van hun levensduur worden gerecycled tot iets nieuws, in plaats van weggegooid te worden. De gerecyclede componenten kunnen worden gebruikt om hetzelfde opnieuw te maken of, in het geval van brandstoffen, upcycled tot hoogwaardigere producten, wat zowel economische als ecologische voordelen oplevert.

"Deze innovatieve katalytische benadering is een belangrijke vooruitgang in onze zoektocht naar depolymerisatieprocessen die minder energie-intensieve routes met zich meebrengen en zeer specifieke afbraakdoelen genereren, zei CPI-directeur LaShanda Korley, Distinguished Professor of Materials Science and Engineering en Chemical and Biomolecular Engineering. "Dit fundamentele begrip opent een nieuwe weg naar de valorisatie van plastic afval."

Voor Andrew Danielson, een UD senior major chemical engineering betrokken bij het project, de potentiële milieuvoordelen van kunststofconversie zijn opwindend.

"Plastic afval is een ernstig milieuprobleem. Ik geloof dat dit onderzoek kan helpen leiden tot betere methoden voor het hergebruiken van plastic, " zei Daniëlson, wiens bijdragen aan het werk het verifiëren van de tijdens het project verzamelde gegevens omvatten door de experimenten te reproduceren.

Na mijn afstuderen in mei, Danielson zal deze onderzoekservaring inzetten in de chemische industrie. Hij heeft al een baan in procescontrole, een onderdeel van het productieproces waarbij variabelen worden gecontroleerd, zoals temperatuur, druk en geleidbaarheid, onder andere.

De volgende stappen in het CPI-onderzoek omvatten het onderzoeken welke andere kunststoffen de methode van het team kan behandelen en welke producten het kan maken. Beginnen, Vlachos zei dat het team hoopt de samenwerking met collega's op de campus en in het Center for Plastics Innovation uit te breiden om andere wegen te verkennen voor het maken van waardevolle producten door afval te elimineren.

“Terwijl deze circulaire economie op gang komt, de wereld zal minder originele kunststoffen moeten maken omdat we materialen die vandaag zijn gemaakt, in de toekomst zullen hergebruiken, " hij zei.

Een ander doel is het ontwikkelen van methoden om het recyclingproces zelf te verbeteren.

"We willen groene stroom gebruiken om de chemische verwerking aan te drijven die nodig is om nieuwe dingen te maken. We zijn op dit moment erg ver weg om dit te zien, maar daar gaan we de komende 10 tot 20 jaar naartoe, ' zei Vlachos.