Planeta noastră se sufocă cu plastice. Unii dintre cei mai mari infractori, care poate dura zeci de ani pentru a se degrada în gropile de gunoi, sunt polipropilena – care este folosită pentru lucruri precum ambalajele alimentare și barele de protecție – și polietilena, care se găsește în pungi de plastic, sticle, jucării și chiar mulci.
Polipropilena și polietilena pot fi reciclate, dar procesul poate fi dificil și adesea produce cantități mari de metan, gaz cu efect de seră. Ambele sunt poliolefine, care sunt produse de polimerizarea etilenei și propilenei, materii prime care sunt derivate în principal din combustibili fosili. Legăturile poliolefinelor sunt, de asemenea, notoriu greu de rupere.
Acum, cercetătorii de la Universitatea din California, Berkeley au venit cu o metodă de reciclare a acestor polimeri care utilizează catalizatori care le rup ușor legăturile, transformându-le în propilenă și izobutilenă, care sunt gaze la temperatura camerei. Aceste gaze pot fi apoi reciclate în noi materiale plastice.
„Deoarece polipropilena și polietilena sunt printre cele mai dificile și mai scumpe materiale plastice de separat unul de celălalt într-un flux mixt de deșeuri, este esențial ca [a recycling] procesul se aplică ambelor poliolefine”, a spus echipa de cercetare într-un studiu publicat recent în Science.
Rupând-o
Procesul de reciclare folosit de echipa este cunoscut sub numele de etenoliză de izomerizare, care se bazează pe un catalizator pentru a descompune lanțurile de polimeri de olefină în moleculele lor mici. Legăturile din polietilenă și polipropilenă sunt foarte rezistente la reacții chimice, deoarece ambele poliolefine au lanțuri lungi de legături unice carbon-carbon. Majoritatea polimerilor au cel puțin o legătură dublă carbon-carbon, care este mult mai ușor de spart.
În timp ce etenoliza izomerizantă a fost încercată de aceiași cercetători înainte, catalizatorii anteriori erau metale scumpe care nu au rămas pure suficient de mult timp pentru a transforma tot plasticul în gaz. Utilizarea sodiului pe alumină urmată de oxid de tungsten pe silice s-a dovedit mult mai economică și eficientă, chiar dacă temperaturile ridicate necesare pentru reacție au adăugat puțin costuri.
În ambele materiale plastice, expunerea la sodiu pe alumină a rupt fiecare lanț polimeric în lanțuri polimerice mai scurte și a creat legături duble carbon-carbon rupe la capete. Lanțurile au continuat să se rupă din nou și din nou. Ambele au suferit apoi un al doilea proces cunoscut sub numele de metateză de olefine. Au fost expuși unui curent de etilenă gazoasă care curge într-o cameră de reacție în timp ce erau introduși în oxid de tungsten pe silice, ceea ce a dus la ruperea legăturilor carbon-carbon.
Reacția rupe toate legăturile carbon-carbon din polietilenă și polipropilenă, atomii de carbon eliberați în timpul ruperii acestor legături ajungând să fie atașați de molecule de etilenă. „Etilena este critică pentru această reacție, deoarece este un co-reactant, ” a declarat cercetătorul RJ Conk, unul dintre autorii studiului, pentru Ars Technica. „Legăturile rupte reacționează apoi cu etilena, care îndepărtează legăturile din lanț. Fără etilenă, reacția nu poate avea loc.”
Întregul lanț este catalizat până când polietilena este convertită complet în propilenă, iar polipropilena este transformată într-un amestec de propilenă și izobutilenă.
Această metodă are o selectivitate ridicată, ceea ce înseamnă că produce o cantitate mare din produsul dorit. Aceasta înseamnă propilenă derivată din polietilenă și atât propilenă, cât și izobutilenă derivate din polipropilenă. Ambele substanțe chimice sunt la mare căutare, deoarece propilena este o materie primă importantă pentru industria chimică, în timp ce izobutilena este un monomer utilizat frecvent în mulți polimeri diferiți, inclusiv cauciucul sintetic și un aditiv pentru benzină.
Amestecând-o
Deoarece materialele plastice sunt adesea amestecate în centrele de reciclare, cercetătorii au vrut să vadă ce s-ar întâmpla dacă polipropilena și polietilena ar suferi împreună etenoliză izomerizantă. Reacția a avut succes, transformând amestecul în propilenă și izobutilenă, cu puțin mai multă propilenă decât izobutilenă.
De asemenea, amestecurile includ în mod obișnuit contaminanți sub formă de materiale plastice suplimentare. Deci, echipa a vrut să vadă dacă reacția va funcționa în continuare dacă ar exista contaminanți. Așa că au experimentat cu obiecte din plastic care altfel ar fi aruncate, inclusiv o centrifugă și o pungă de pâine, ambele conținând urme de alți polimeri în afară de polipropilenă și polietilenă. Reacția a produs doar puțin mai puțină propilenă și izobutilenă decât a făcut cu versiunile nealterate ale poliolefinelor.
Un alt test a implicat introducerea diferitelor materiale plastice, cum ar fi PET și PVC, în polipropilenă și polietilenă pentru a vedea dacă asta ar face o diferență. Acestea au scăzut semnificativ randamentul. Dacă această abordare va avea succes, atunci toate, cu excepția celor mai mici urme de contaminanți, vor trebui îndepărtate din polipropilenă și produsele din polietilenă înainte de a fi reciclate.
Deși această metodă de reciclare pare că ar putea preveni tone și tone de deșeuri, va trebui extinsă enorm pentru ca acest lucru să se întâmple. Când echipa de cercetare a crescut amploarea experimentului, a produs același randament, ceea ce pare promițător pentru viitor. Totuși, va trebui să construim o infrastructură considerabilă înainte ca acest lucru să poată afecta deșeurile noastre de plastic.
„Sperăm că munca descrisă… va conduce la metode practice pentru…[producing] polimeri noi”, au spus cercetătorii în același timp studiu. „Procedând astfel, cererea de producție a acestor produse chimice esențiale pornind de la surse de carbon fosil și emisiile de gaze cu efect de seră asociate ar putea fi mult reduse.”
Science, 2024. DOI: 10.1126/science.adq731
Comentarii recente