Terwijl wetenschappers voortdurend manieren onderzoeken om het gebruik van fossiele brandstoffen in deze sectoren te verminderen, onderzoekt Oana Luca, assistent-professor bij de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Colorado Boulder, technologieën zoals recycling en koolstofafvang om te voorkomen dat koolstof in het milieu terechtkomt.

Luca en haar medewerkers hebben onlangs een rapport gepubliceerd over het verminderen van de CO2-uitstoot door middel van koolstofrecycling in deze moeilijk te elektrificeren industrieën. De routekaart verscheen op 1 mei in het tijdschrift Nature Reviews Chemistry .

"We produceren veel nieuwe materialen om ons moderne leven te ondersteunen, maar de meeste daarvan belanden gewoon op stortplaatsen. We moeten manieren opnieuw uitvinden om deze materialen terug te winnen en opnieuw te gebruiken, zodat elk koolstofatoom meerdere keren kan worden gebruikt," zei Luca.

Luca, die ook fellow is van het Renewable &Sustainable Energy Institute, geeft haar visie op het koolstofvrij maken, haar onderzoek naar plasticrecycling en het belang van het sluiten van de koolstofcyclus.

Waarom zijn sommige van deze sectoren moeilijk koolstofvrij te maken?

Overstappen van fossiele brandstoffen is over het algemeen moeilijk vanwege ingesleten praktijken. Het kost veel tijd en moeite om technologieën te ontwikkelen die alternatieve brandstoffen, zoals zonne- of windenergie, net zo efficiënt kunnen gebruiken als de huidige methoden. Elektrische voertuigen gebruiken bijvoorbeeld een elektromotor in plaats van de conventionele motor in benzinevoertuigen. De drempel voor adoptie is dus behoorlijk hoog.

Hoe verhoudt recycling zich tot elektrificatie?

Over het algemeen is elektrificatie het proces van het overschakelen van fossiele brandstoffen naar alternatieve energiebronnen. Recycling kan plastic afval omzetten in brandstoffen, die kunnen worden gebruikt om andere dingen aan te drijven en te voorkomen dat koolstof in de atmosfeer terechtkomt.

Ondanks dat er in het hele land wijdverbreide plasticrecyclingprogramma's worden geïmplementeerd, zal een groot deel van het plastic afval nog steeds op stortplaatsen belanden. Dit komt grotendeels omdat we niet over de technologie beschikken om kunststoffen efficiënt te recyclen. We produceren deze materialen, die geweldige eigenschappen hebben, op grote schaal, maar het recyclingtempo houdt geen gelijke tred.

Het rapport dient als routekaart om 'de koolstofcyclus te sluiten'. Hoe ziet een koolstofcyclus eruit?

Stel je een typisch T-shirt voor, zoals jij, ik en de meeste mensen waarschijnlijk bezitten. Het is waarschijnlijk gemaakt van nylon, een soort polymeer. Het shirt heeft een lang productieproces ondergaan waarbij kleine moleculaire chemicaliën worden gecombineerd tot grotere chemicaliën, die vervolgens tot vezels worden samengevoegd. De vezels worden tot stoffen geweven en uiteindelijk omgezet in een T-shirt.

Als we het shirt beu zijn of versleten zijn, gooien we het in de prullenbak of doneren we het. Maar uiteindelijk belandt het shirt op de vuilstort.

Wat als er een optie is om het shirt naar een fabriek te brengen waar de op koolstof gebaseerde materialen waarvan het is gemaakt, worden teruggewonnen en gebruikt om een ​​nieuw shirt te maken? Zo ziet een circulair model eruit. Bij dit model komt de koolstof in het shirt niet alleen in het milieu terecht, maar wordt hij gerecycled.

Hoe recyclen we momenteel?

De meest gebruikelijke methode voor het recyclen van organische materialen, waaronder kunststoffen, wordt mechanische recycling genoemd. Om een ​​plastic waterfles te recyclen, wordt de fles opgewarmd, omgesmolten en vervolgens door mallen geduwd om pijpen of platen te maken. Deze producten zijn van mindere kwaliteit en niet meer recyclebaar. Dus zelfs in het beste geval wanneer uw fles daadwerkelijk wordt gerecycled, kan het plastic slechts één keer worden hergebruikt. Het lijkt meer op downcycling dan op recycling.

Een andere recyclingmethode is het verbranden van de kunststoffen en het gebruiken van de energie uit de verbranding als energie. Maar tijdens dat proces produceer je grote hoeveelheden koolstofdioxide en andere broeikasgassen.

Hoe kunnen we het proces innoveren?

Hier in mijn laboratorium gebruiken we elektriciteit om de kunststoffen op te splitsen in hun moleculaire bouwstenen, zonder hun eigenschappen te veranderen of kooldioxide vrij te geven. Hierdoor kunnen we gaan nadenken over hoe we de waterflessen of T-shirts kunnen reconstrueren met deze moleculaire grondstoffen.

Wat hoopt u met dit rapport te bereiken?

We moeten de manier waarop we de materialen om ons heen consumeren, conserveren en hergebruiken opnieuw uitvinden. Wij moeten verantwoordelijk zijn voor waar de materialen terechtkomen.

We hopen ook wetenschappers, ingenieurs, economen en sociale wetenschappers aan te moedigen samen te werken en nieuwe ideeën te vinden voor het sluiten van de koolstofcyclus. Er zal een dorp voor nodig zijn om sommige van deze technologieën waar we het over hadden, te laten ontwikkelen en integreren in een circulaire economie.

Ik ben erg enthousiast om te delen dat we zojuist een subsidie ​​van CU hebben ontvangen om te werken aan een project genaamd Polymers for a Sustainable Earth (POSE). Onder leiding van Wei Zhang, voorzitter van de afdeling Scheikunde bij CU Boulder, hoop ik het plasticprobleem samen met de faculteit van zes CU Boulder-afdelingen en het National Renewable Energy Laboratory aan te pakken

Mijn fractie zal zich richten op het efficiënter maken van recycling, terwijl andere groepen zullen werken aan het herontwerpen van kunststoffen met recycling en hergebruik in gedachten.

Meer informatie: Wendy J. Shaw et al, Een Amerikaans perspectief op het sluiten van de koolstofcyclus om moeilijk te elektrificeren delen van onze economie te defossiliseren, Nature Reviews Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41570-024-00587-1

Aangeboden door de Universiteit van Colorado in Boulder