Plastforurening:Kemisk genanvendelse kunne give en løsning

Verden drukner i plastik. Omkring 60 % af de mere end 8, 700 millioner tons plastik, der nogensinde er fremstillet, er ikke længere i brug, i stedet sad mest på losseplads eller frigivet til miljøet. Det svarer til over 400 kg plastikaffald for hver eneste af de 7,6 milliarder mennesker på planeten.

En årsag til dette er, at mange plasttyper ikke kan genanvendes i vores nuværende system. Og selv dem, der er genanvendelige, går stadig på losseplads til sidst.

Plast kan ikke genbruges uendeligt, i hvert fald ikke ved at bruge traditionelle teknikker. De fleste får kun et nyt liv, før de ender i jorden, havet eller et forbrændingsanlæg. Men der er håb i en anden form for genbrug kendt som kemisk genbrug.

Traditionel fysisk eller mekanisk genbrug sliber typisk plastik til mindre dele, som derefter blandes og støbes sammen for at skabe plastprodukter af lavere kvalitet. Kemisk genbrug, på den anden side, bryder plastikken ned til molekylært niveau, at stille "platformsmolekyler" til rådighed, som så kan bruges til at lave andre materialer. Det er tidlige dage for denne idé, men i princippet, det kunne åbne op for en lang række muligheder.

Plast er en bred klassificering af materialer kendt som polymerer, som er lavet af små "monomere" byggestensmolekyler, der hovedsageligt er sammensat af kulstof og brint. Udfordringen ved kemisk genanvendelse af plast involverer at finde de rigtige teknikker til at nedbryde og rekonstituere materialet til en række slutprodukter og samtidig minimere spild.

Alt dette skal gøres på en produktiv, økonomisk, storstilet og CO2-neutral måde. Den endelige løsning skulle skabe mindre skade end det problem, den forsøger at løse.

De monomerer, der udgør plast, kan antage en række forskellige former og størrelser:nogle er lige linjer, nogle er forgrenede og nogle har ringe. Måden, hvorpå de bindes sammen, bestemmer plastens materialeegenskaber, herunder hvor nemt det er at nedbryde dem, deres smeltetemperaturer og så videre.

I de mest enkle vendinger, at bryde kemiske bindinger er alt sammen et spørgsmål om energi. Plast er stort set meget stabile materialer, så de har generelt brug for en del energi for at nedbryde dem, normalt i form af varme for at forårsage en proces kaldet pyrolyse. Du kan have mere præcis kontrol over nedbrydningen ved hjælp af den rigtige katalysator, et materiale, der udløser den kemiske reaktion fra et bestemt sted i polymerkæden.

Et eksempel på en katalysator er den type biologiske molekyle kendt som et enzym. Disse forekommer i levende organismer og spiller en vital rolle i processer i kroppen, såsom fordøjelse. Der er op til 50 kendte "plastivore" mikroorganismer, der kan fordøje plastik, fordi de indeholder enzymer, der hjælper med at nedbryde det.

Men at bruge disse naturlige processer kan være udfordrende, fordi du skal holde de biologiske organismer i live, så de kræver meget specifikke forhold såsom temperatur og pH -niveauer, og de tager ofte lang tid at fuldføre processen. Imidlertid, med mere forskning kan de blive brugt kommercielt i fremtiden.

Andre katalysatorer kan arbejde ret hurtigt. For eksempel, mine kolleger og jeg har demonstreret, at det er muligt at bruge jernnanopartikler til at hjælpe med at forvandle sort plastik (en af ​​de sværeste typer at genbruge) til kulstofnanorør på få øjeblikke. Vi kunne derefter bruge dette nye materiale til at bygge elektriske komponenter såsom datakabler til at overføre information til et højttalersystem for at afspille musik.

Nye teknikker

Der er en global indsats på dette voksende område for at udvikle nye teknikker. Forskning har vist, at du kemisk kan genbruge gammel madolie (en naturlig polymer) til en biologisk nedbrydelig harpiks til brug i 3-D-printere. Andre affaldsstoffer såsom mad, gummi og plast kan bruges til hurtigt at producere grafen (en en-atom-tyk form af kulstof). Forskere har også udviklet en måde til gentagne gange at genbruge bioplastik i stedet for at lade dem langsomt bionedbryde og frigive kuldioxid.

Kemisk genbrug kan komplimentere mekanisk genbrug, især til problemmaterialer i fysisk genbrug som tyndfilm og mikroplast. Disse bliver fanget i slibemaskineriet på grund af deres lille størrelse og styrke, får hele systemet til at sidde fast, sænke farten eller endda stoppe helt og trænger til rengøring. Kværne kan ikke arbejde på tynde film, endsige mikroplastmaterialer, der er hundredvis af gange mindre.

Mange af disse teknikker er blevet demonstreret i laboratoriet, og der er flere virksomheder, der nu gør dette på kommercielt niveau. Disse processer tager tid, ekspertise og penge. Men indtil vi holder op med at bruge plast, er dette et voksende felt af muligheder for investeringer i at udvikle en cirkulær kulstoføkonomi takket være brugen af ​​kemisk genanvendelse af plast.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.