Wetenschap
Met behulp van CO₂ en biomassa vinden onderzoekers de weg naar milieuvriendelijker recyclebare kunststoffen
Het moderne leven is afhankelijk van plastic. Dit lichtgewicht, aanpasbare product is een hoeksteen van verpakkingen, medische apparatuur, de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie en meer. Maar plastic afval blijft een probleem omdat het op stortplaatsen afbreekt en de oceanen vervuilt.
Onderzoekers van het FAMU-FSU College of Engineering hebben een potentieel alternatief gecreëerd voor traditioneel op aardolie gebaseerd plastic dat is gemaakt van koolstofdioxide (CO2 ) en lignine, een bestanddeel van hout dat een goedkoop bijproduct is van de papierproductie en de productie van biobrandstoffen. Hun onderzoek werd gepubliceerd in Advanced Functional Materials .
"Ons onderzoek neemt het schadelijke broeikasgas CO2 en maakt er een bruikbare grondstof van om afbreekbare polymeren of kunststoffen te produceren", zegt Hoyong Chung, universitair hoofddocent chemische en biomedische technologie aan de universiteit. "We verminderen niet alleen de CO2 uitstoot, maar we produceren een duurzaam polymeerproduct met behulp van de CO2 ."
Deze studie is de eerste die de directe synthese aantoont van wat bekend staat als een cyclisch carbonaatmonomeer – een molecuul gemaakt van koolstof- en zuurstofatomen dat kan worden gekoppeld aan andere moleculen – gemaakt van CO2 en lignine.
Door meerdere monomeren aan elkaar te koppelen, kunnen wetenschappers synthetische polymeren creëren, moleculen met lange ketens die kunnen worden ontworpen voor allerlei toepassingen.
Het door Chung en zijn onderzoeksteam ontwikkelde materiaal is aan het einde van zijn levensduur volledig afbreekbaar zonder microplastics en giftige stoffen te produceren. Het kan worden gesynthetiseerd bij lagere drukken en temperaturen. En het polymeer kan worden gerecycled zonder zijn oorspronkelijke eigenschappen te verliezen.
Met behulp van depolymerisatie kunnen de onderzoekers polymeren omzetten in pure monomeren, de bouwstenen van polymeren. Dit is de sleutel tot de hoge kwaliteit van het gerecyclede materiaal. De monomeren kunnen voor onbepaalde tijd worden gerecycled en produceren een hoogwaardig polymeer dat net zo goed is als het origineel, een verbetering ten opzichte van eerder ontwikkelde en momenteel gebruikte polymeermaterialen waarbij herhaalde blootstelling aan hitte door smelten de kwaliteit vermindert en beperkte recycling mogelijk maakt.
"We kunnen het polymeer gemakkelijk afbreken via depolymerisatie, en het afgebroken product kan hetzelfde polymeer opnieuw synthetiseren", zei Chung. "Dit is kosteneffectiever en voorkomt dat de oorspronkelijke eigenschappen van polymeren verloren gaan bij meerdere recycling. Dit wordt beschouwd als een doorbraak in de materiaalwetenschap, omdat het de realisatie van een echte circulaire economie mogelijk maakt."
Het nieuw ontwikkelde materiaal zou kunnen worden gebruikt voor goedkope plastic producten met een korte levensduur in sectoren als de bouw, landbouw, verpakking, cosmetica, textiel, luiers en wegwerpkeukengerei. Met verdere ontwikkeling verwacht Chung het gebruik ervan in zeer gespecialiseerde polymeren voor biomedische toepassingen en toepassingen voor energieopslag.
Postdoctoraal onderzoeker Arijit Ghorai was de hoofdauteur van het onderzoek.