Nedbrydning af plast i dets bestanddele

Et team af ETH-forskere ledet af Athina Anastasaki er lykkedes med at nedbryde plastik til dets molekylære byggesten og genvinde over 90 % af dem. Et første skridt mod ægte plastgenbrug.
Den kemiske industri har en lang tradition for at producere polymerer. Dette involverer at omdanne små molekylære byggesten til lange kæder af molekyler, der binder sammen. Polymerer er grundlaget for alle former for hverdagsplast, såsom PET og polyurethan.

Men mens dannelsen af ​​polymerer er veletableret og velundersøgt, har forskerne ikke givet meget opmærksomhed til, hvordan polymerkæder nedbrydes (en proces kaldet depolymerisering) for at genvinde deres individuelle byggesten - monomerer. En grund til dette er, at nedbrydning af polymerer er en kompleks proces. Hvorvidt en polymer overhovedet kan nedbrydes til dens bestanddele afhænger af, hvilken af ​​de forskellige polymerfremstillingsprocesser, der blev anvendt. En anden grund er, at de depolymeriseringsprocesser, der hidtil er brugt, kræver meget energi, hvilket har gjort dem økonomisk ulevedygtige. Hertil kommer det faktum, at genbrugte polymerer normalt kun bruges til fremstilling af lavværdiprodukter.

Det er målet at nedbryde polymerer

Det vil Athina Anastasaki, professor i polymere materialer ved ETH Zürich, ændre på. Hun har sat sig som mål at producere polymerer, der let kan nedbrydes til deres byggesten, så de kan genbruges fuldt ud.

Materialeforskeren har været i stand til at tage et første vigtigt skridt i denne retning:En undersøgelse fra hendes gruppe er netop blevet offentliggjort i Journal of the American Chemical Society . I den viser Anastasaki og hendes kolleger, at de kan nedbryde visse polymerer til deres grundlæggende byggesten – monomerer – og genbruge dem til brug i materialer til yderligere anvendelser.

De nedbrudte polymerer er polymethacrylater (f.eks. Plexiglas), der blev fremstillet ved hjælp af en specifik polymerisationsteknik kaldet reversibel additionsfragmenteringskædeoverførselspolymerisation - også kendt som RAFT. Denne relativt nye metode, som nu også tiltrækker industriens interesse, producerer polymerkæder af ensartet længde.

Første succes

Det er lykkedes forskerne ved ETH Zürich at genvinde op til 92% af byggestenene i polymethacrylater uden at tilføje en katalysator, der ville muliggøre eller accelerere reaktionen. "Vores metode kunne tænkes at udvikles endnu mere til at involvere brugen af ​​en katalysator. Dette kan øge mængden af ​​genvundet endnu mere," siger Anastasaki.

Den kemiske gruppe, der findes i enden af ​​en polymerkæde, er afgørende for polymerens nedbrydning. Ved at opvarme polymeropløsningsmiddelblandingen til 120°C skabte forskerne det, der omtales som "radikaler" for enden af ​​en polymethacrylatkæde, som udløste depolymeriseringen. Forskere ved Australian National University i Canberra var i stand til at bekræfte resultaterne matematisk.

Producerer det samme eller et andet produkt

Ifølge Anastasaki kan byggestenene, der genvindes på denne måde, bruges til at fremstille den samme polymer eller et helt andet produkt - en uopløselig hydrogel, der også kan nedbrydes til sine monomerer. De nyskabte produkter er af samme kvalitet som de originale. Dette er i modsætning til tidligere produkter fremstillet af genbrugspolymerer.

Men der er en hage:"Produkter lavet med RAFT-polymerisation er dyrere end konventionelle polymerer," siger Anastasaki. For at afhjælpe denne ulempe arbejder hun og hendes gruppe allerede på at udvide metoden til storskalaapplikationer, hvilket vil gøre den mere konkurrencedygtig og de resulterende produkter billigere. Forskerne sigter også mod at øge mængden af ​​udvinding og genvinde alle byggestenene i en polymer.

Materialeforskeren forsker også i, om andre polymerer kan depolymeriseres. Hun er især interesseret i polystyren, en udbredt, billig plast, der bruges i mange områder af hverdagen (styrofoam).

Metoden løser ikke plastikproblemet på kort sigt

Selvom denne nye metode vækker håb om at løse menneskehedens plastikaffaldsproblem, afviser Anastasaki ideen foreløbig. Der er ingen hurtig løsning på problemet. Hun fortsætter med at sige. "Det vil tage meget tid og forskning, før processen er etableret i den kemiske industri." Det vil heller ikke komme af med plastikaffald:Nutidens polymerer kan ikke nedbrydes på denne måde. Nogle nye, egnede polymerer skal i cirkulation, før deres byggesten kan genvindes. Men metoden har én fordel:ingen nye kemiske anlæg er nødvendige for dens introduktion og anvendelse.

"Vi er kun i begyndelsen af ​​vores forskning i depolymerisering. Der er over 30.000 undersøgelser om udvikling af nye polymeriseringsstrategier, hvor kun en håndfuld af dem omhandler emnet monomergenvinding," siger Anastasaki. + Udforsk yderligere

Selvskabelon, opløsningsmiddelfri supramolekylær polymersyntese