Wetenschap
Onderzoekers analyseren hoe een chemisch proces kan helpen bij het recyclen van veel voorkomend plastic afval
Onderzoekers van Virginia Tech onderzoeken processen die de recycling van een van 's werelds meest geproduceerde kunststoffen aanzienlijk kunnen vergroten.
Ph.D. kandidaat Adam McNeeley en zijn adviseur, Alumni Distinguished Professor Y. A. Liu, lid van het Macromolecules Innovation Institute, doen verslag van hun onderzoek naar chemische recyclingprocessen die additieven, onzuiverheden en kleurstoffen verwijderen uit polyethyleentereftalaat, gewoonlijk PET genoemd.
Dankzij deze processen kan een groter percentage van het plastic worden gerecycled dan bij de huidige mechanische recyclingprocessen.
Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Industrial &Engineering Chemistry Research .
PET wordt aangetroffen in veel artikelen voor dagelijks gebruik, zoals textiel, verpakkingen en flessen. De huidige recycling ervan gebeurt voornamelijk via het mechanische proces, dat beperkt is tot schone gerecyclede materialen en vooral wordt toegepast op plastic flessen. Plastic flessen vormen slechts ongeveer 30% van het eindgebruik, en de overige 70% komt over het algemeen niet in aanmerking voor commerciële recycling.
“Het belang van dit onderzoek is het identificeren en ontwikkelen van de goedkoopste en meest efficiënte manieren om PET te recyclen”, zegt McNeeley, die chemische technologie studeert. “Er is een duidelijke publieke wens om producten te gebruiken die gemaakt zijn van gerecyclede materialen, maar als de gerecyclede materialen materiaal kost veel meer dan het nieuwe materiaal, waardoor mensen minder snel het gerecyclede materiaal kopen."
McNeeley en Liu onderzochten depolymerisatieroutes met behulp van ethyleenglycol, methanol of water om monomeren te produceren die kunnen worden gezuiverd van additieven, onzuiverheden en kleurstoffen in plastic afval en vervolgens weer kunnen worden omgezet in gerecycled PET-polymeer.
Voorafgaand aan hun studie concentreerde het meeste werk met betrekking tot de chemische depolymerisatie van PET zich alleen op het chemieaspect. Maar dit onderzoek biedt een grondige beoordeling van de thermodynamica, chemie, zuivering, afvalbeheer en duurzaam ontwerp van PET-depolymerisatieprocessen.
Het onderzoeksteam creëerde een compleet simulatiemodel van vier depolymerisatieprocessen die de massa- en energiebalans kwantificeren, samen met de energievraag en de uitstoot van koolstofdioxide, wat een kwantitatieve basis vormt voor industriële beoefenaars die geïnteresseerd zijn in de depolymerisatie ervan om duurzame depolymerisatieprocessen verder te ontwikkelen.
"Er zijn veel verschillende manieren waarop PET kan worden gedepolymeriseerd en er zijn er drie die actief worden ontwikkeld voor commercieel gebruik, en we laten zien hoe deze verschillende methoden zich verhouden vanuit het oogpunt van chemische verwerking", aldus McNeeley.
Hun werk suggereert ook belangrijke gebieden waarop onderzoekers zich moeten concentreren om de recycling van plastic op betekenisvolle wijze te bevorderen en nieuwe recyclingtechnologieën commercieel haalbaar te maken.
"Een van de grootste uitdagingen bij mechanische recycling is dat bepaalde kleurstoffen en onzuiverheden niet kunnen worden verwijderd", zegt McNeely. "Er moet veel inspanning worden geleverd bij het sorteren en reinigen van afval-PET dat mechanisch gerecycled kan worden.
“Het omzetten van het polymeer in een monomeer opent een aantal zuiveringsroutes en maakt het mogelijk om afval-PET van theoretisch elke kwaliteit te recyclen. Het opent ook de mogelijkheid om andere PET-materialen te recyclen, zoals verpakkingen en textiel, die feitelijk het grootste deel van PET uitmaken. eindgebruik."
Er zijn veel bedrijven die actief bezig zijn met de ontwikkeling van chemische recyclingtechnologieën voor PET, waaronder Eastman Chemical Co. Eastman heeft in Kingsport, Tennessee de eerste grootschalige depolymerisatie-eenheid in de Verenigde Staten gebouwd met behulp van methanolyse.
“Het is belangrijk dat traditionele chemische bedrijven zoals Eastman aan deze technologie werken. Deze bedrijven hebben toegang tot grote hoeveelheden kapitaal om grootschalige processen op te bouwen en hebben de kennis en ervaring om processen efficiënt en betrouwbaar te ontwikkelen en te exploiteren. Het is belangrijk dat opkomende recyclingtechnologieën kunnen overleven, vooral tijdens turbulente marktomstandigheden”, aldus McNeeley.
"Dit is een actueel en belangrijk, tot nadenken stemmend onderzoek", zegt Joseph Bays, licentietechnologiemanager van het bedrijf. "Ik ben een fan van de warmte-integratie-innovatie om energieverbruik te besparen, en van enkele andere innovatieve kenmerken van de duurzame ontwerpstudie."
Gezien de mondiale context van PET-recycling, zegt McNeeley dat dergelijke inspanningen een zekere urgentie met zich mee moeten brengen.
"Kunststoffen worden momenteel gewonnen uit grondstoffen op basis van fossiele brandstoffen. Schommelingen in de plasticprijzen en de relatief lage prijzen van fossiele brandstoffen hebben de neiging de inspanningen voor plasticrecycling teniet te doen, omdat het moeilijk is om geld te verdienen", zei hij.
“Er is een eindige hoeveelheid fossiele brandstoffen en de prijzen zullen uiteindelijk stijgen naarmate de hulpbron schaarser wordt. Dit is waar inspanningen op het gebied van plasticrecycling op betrouwbare wijze winstgevend worden, terwijl wordt voorkomen dat kunststoffen extreem duur worden als we overstappen op het gebruik van niet-fossiele brandstoffen. "