Metodele actuale privind reciclarea plasticului utilizează adesea catalizatori scumpi, condiții dure și produc subproduse toxice. Noul proces transformă plasticul PET în blocuri de monomeri, care pot fi reciclate în noi produse PET sau reciclate în materiale cu valoare mai mare. În cadrul experimentelor, metoda a recuperat 94% din monomerii din PET în doar patru ore, fără subproduse nocive, arată Science Daily care citează o descoperire făcută de Universitatea din Northwestern.

Reciclarea plasticului, mai ușoară! Oamenii de știință au reușit să descompună plasticul folosind un are și un catalizator simplu și ieftin

Exploatând umiditatea din aer, chimiștii de la Universitatea Northwestern au dezvoltat o nouă metodă simplă de descompunere a deșeurilor din plastic.

Procesul netoxic, ecologic și fără solvenți utilizează mai întâi un catalizator ieftin pentru a rupe legăturile din polietilen tereftalat (PET), cel mai comun plastic din familia poliesterilor. Apoi, cercetătorii expun pur și simplu bucățile rupte la aerul înconjurător. Folosindu-se de urmele de umiditate din aer, PET-ul descompus este transformat în monomeri – blocurile de construcție esențiale pentru materiale plastice. De aici, cercetătorii prevăd că monomerii ar putea fi reciclați în noi produse PET sau în alte materiale mai valoroase, arată Science Daily.

Mai sigură, mai curată, mai ieftină și mai durabilă decât metodele actuale de reciclare a materialelor plastice, noua tehnică oferă o cale promițătoare către crearea unei economii circulare pentru materiale plastice.

Studiul a fost publicat recent în Green Chemistry, un jurnal publicat de Royal Society of Chemistry.

„Statele Unite ale Americii sunt primul poluator de plastic pe cap de locuitor și reciclăm doar 5% din aceste materiale plastice”, a declarat Yosi Kratish de la Northwestern, coautor al studiului.

„Există o nevoie stringentă de tehnologii mai bune care să poată procesa diferite tipuri de deșeuri din plastic. Majoritatea tehnologiilor pe care le avem în prezent topesc sticlele de plastic și le transformă în produse de calitate inferioară. Ceea ce este deosebit de interesant în cercetarea noastră este faptul că am exploatat umiditatea din aer pentru a descompune materialele plastice, realizând un proces extrem de curat și selectiv. Prin recuperarea monomerilor, care sunt elementele de bază ale PET, îi putem recicla sau chiar upcycle în materiale mai valoroase.”

„Studiul nostru oferă o soluție durabilă și eficientă la una dintre cele mai presante provocări de mediu din lume: deșeurile de plastic”, a declarat Naveen Malik, primul autor al studiului. „Spre deosebire de metodele tradiționale de reciclare, care adesea produc subproduse dăunătoare, cum ar fi sărurile reziduale, și necesită un aport semnificativ de energie sau substanțe chimice, abordarea noastră utilizează un proces fără solvenți care se bazează pe urme de umiditate din aerul înconjurător. Acest lucru o face nu numai ecologică, ci și extrem de practică pentru aplicațiile din lumea reală.”

Un expert în reciclarea plasticului, Kratish este profesor asistent de cercetare în chimie la Colegiul Weinberg de Arte și Științe din Northwestern. Kratish a condus studiul împreună cu Tobin J. Marks, profesor de chimie Charles E. și Emma H. Morrison la Weinberg și profesor de știința și ingineria materialelor la Northwestern’s McCormick School of Engineering. La momentul cercetării, Malik era cercetător postdoctoral în laboratorul lui Marks; acum este profesor asistent de cercetare la Institutul SRM de Știință și Tehnologie din India.

Problema plasticului

Folosit în mod obișnuit la ambalarea alimentelor și a sticlelor de băuturi, plasticul PET reprezintă 12% din totalul materialelor plastice utilizate la nivel mondial. Deoarece nu se descompune ușor, PET contribuie în mare măsură la poluarea cu plastic. După utilizare, fie ajunge la gropile de gunoi, fie, în timp, se degradează în microplastice sau nanoplastice minuscule, care ajung adesea în apele reziduale și în cursurile de apă.

Găsirea de noi modalități de reciclare a plasticului este un subiect fierbinte în cercetare. Însă metodele actuale de degradare a materialelor plastice necesită condiții dure, inclusiv temperaturi extrem de ridicate, energie intensă și solvenți, care generează produse secundare toxice. De asemenea, catalizatorii utilizați în aceste reacții sunt adesea scumpi (precum platina și paladiul) sau toxici, generând deșeuri și mai nocive. Apoi, după ce reacția este realizată, cercetătorii trebuie să separe materialele reciclate de solvenți, ceea ce poate fi un proces care necesită mult timp și energie.

În lucrări anterioare, grupul lui Marks de la Northwestern a fost primul care a dezvoltat procese catalitice care nu necesită solvenți. În noul studiu, echipa a conceput din nou un proces fără solvenți.

„Utilizarea solvenților are multe dezavantaje”, a spus Kratish. „Ei pot fi scumpi și trebuie să îi încălzești la temperaturi ridicate. Apoi, după reacție, rămâi cu o supă de materiale pe care trebuie să le sortezi pentru a recupera monomerii. În loc să folosim solvenți, am folosit vapori de apă din aer. Este o modalitate mult mai elegantă de a aborda problemele legate de reciclarea plasticului.”

O soluție „elegantă

Pentru a realiza noul studiu, cercetătorii au folosit un catalizator de molibden și cărbune activ – ambele fiind materiale ieftine, abundente și non-toxice. Pentru a iniția procesul, cercetătorii au adăugat PET la catalizator și carbon activ și apoi au încălzit amestecul. Plasticele din poliester sunt molecule mari cu unități repetitive, care sunt legate între ele prin legături chimice. După o perioadă scurtă de timp, legăturile chimice din cadrul plasticului s-au rupt.

Apoi, cercetătorii au expus materialul la aer. Cu un pic de umiditate din aer, materialul s-a transformat în acid tereftalic (TPA) – precursorul foarte valoros al poliesterilor. Singurul produs secundar a fost acetaldehida, un produs chimic industrial valoros și ușor de eliminat.

„Aerul conține o cantitate semnificativă de umiditate, ceea ce îl face o resursă ușor disponibilă și durabilă pentru reacțiile chimice”, a declarat Malik. „În medie, chiar și în condiții relativ uscate, atmosfera conține aproximativ 10.000 până la 15.000 de kilometri cubi de apă. Exploatarea umidității aerului ne permite să eliminăm solvenții în vrac, să reducem consumul de energie și să evităm utilizarea de substanțe chimice agresive, făcând procesul mai curat și mai ecologic.”

„A funcționat perfect”, a spus Kratish. „Când am adăugat apă suplimentară, nu a mai funcționat pentru că era prea multă apă. Este un echilibru fin. Dar s-a dovedit că cantitatea de apă din aer era exact cantitatea potrivită.”

Avantaje nesfârșite

Procesul rezultat este rapid și eficient. În doar patru ore, 94% din TPA posibil a fost recuperat. De asemenea, catalizatorul este durabil și reciclabil, ceea ce înseamnă că poate fi utilizat de mai multe ori fără a-și pierde eficiența. Metoda funcționează și cu materiale plastice mixte, reciclând selectiv doar poliesterii. Datorită caracterului său selectiv, procesul ocolește necesitatea de a sorta materialele plastice înainte de aplicarea catalizatorului – un avantaj economic major pentru industria reciclării.

Atunci când echipa a testat procesul pe materiale din lumea reală, cum ar fi sticle de plastic, tricouri și deșeuri de plastic amestecate, acesta s-a dovedit la fel de eficient. Acesta a descompus chiar și materialele plastice colorate în TPA pur, incolor.

În continuare, cercetătorii intenționează să mărească amploarea procesului pentru utilizare industrială. Prin optimizarea procesului pentru aplicații la scară largă, cercetătorii urmăresc să se asigure că acesta poate gestiona cantități mari de deșeuri din plastic.

„Tehnologia noastră are potențialul de a reduce semnificativ poluarea cu plastic, de a reduce amprenta de mediu a plasticului și de a contribui la o economie circulară în care materialele sunt reutilizate mai degrabă decât aruncate”, a declarat Malik. „Este un pas tangibil către un viitor mai curat și mai verde și demonstrează modul în care chimia inovatoare poate aborda provocările globale într-un mod care se aliniază cu natura.”