Gør en almindelig plast til molekyler af høj værdi

Hvis du troede, at de spinkle engangsposer til dagligvarer repræsenterede det meste af vores problem med plastaffald, Tænk igen. Mængden af ​​plast, som verden smider hvert år, kan genopbygge Ming -dynastiets kinesiske mur - omkring 3, 700 kilometer lang.

I de seks årtier, plast er blevet fremstillet til kommerciel brug, mere end 8,3 milliarder tons er blevet produceret. Plast er let, alsidig, billige og næsten uforgængelige (så længe de ikke bliver for varme). Disse egenskaber gør dem utroligt nyttige i en enorm række applikationer, der inkluderer steril mademballage, energieffektiv transport, tekstiler og medicinsk beskyttelsesudstyr. Men deres uforgængelige natur koster en pris. De fleste af dem nedbrydes ekstremt langsomt i miljøet - i størrelsesordenen flere hundrede år - hvor de skaber en global epidemi af plastaffald. Dets konsekvenser for menneskers og økosystems sundhed er stadig ufuldstændigt kendt, men er potentielt betydningsfulde.

Jeg er en kemiker med erfaring i at designe processer til fremstilling af plast, og jeg blev interesseret i at bruge plast som en stor, uudnyttet ressource til energi og materialer. Jeg spekulerede på, om vi ikke kunne gøre plastaffald til noget mere værdifuldt for at holde det væk fra lossepladser og det naturlige miljø.

En ny måde at bruge plastaffald på

Plast fremstilles ved at samle et stort antal små, kulstofbaserede molekyler på en næsten uendelig række måder at skabe polymerkæder på.

For at genbruge disse polymerer, genbrugsfaciliteter kunne, i princippet, smelt og omform dem, men plastens egenskaber har en tendens til at forringes. De resulterende materialer er næsten aldrig egnede til deres oprindelige brug, selvom de kan bruges til at lave ting af lavere værdi som f.eks. plastiktømmer. Resultatet er en meget lav effektiv genanvendelsesgrad.

En ny tilgang indebærer at bryde de lange kæder ned i små molekyler igen. Udfordringen er, hvordan man gør dette på en præcis måde.

Da processen med at lave kæderne i første omgang frigiver en masse energi, at vende det kræver tilsætning af en stor mængde energi tilbage. Generelt betyder det, at materialet opvarmes til en høj temperatur - men opvarmning af plast får tingene til at blive til et grimt rod. Det spilder også meget energi, hvilket betyder flere drivhusgasemissioner.

Mit team på UC Santa Barbara, arbejder med kolleger ved University of Illinois Urbana-Champaign og Cornell, opdaget en ren måde at omdanne polyethylen til nyttige mindre molekyler.

Polyethylen er en af ​​verdens mest nyttige og mest brugte plasttyper. Det er også en af ​​de største bidragydere til plastaffald. Det repræsenterer en tredjedel af de næsten 400 millioner tons plast, som verden laver hvert år, til formål, der spænder fra steril mad og medicinsk emballage vandtætte film og belægninger, kabel- og ledningsisolering, byggematerialer og vandrør, til slidstærke hofte- og knæudskiftninger og endda skudsikre veste.

Sådan fungerer den nye proces

Den proces, vi har udviklet, kræver ikke høje temperaturer, men i stedet afhænger af bittesmå mængder af en katalysator, der indeholder et metal, der fjerner lidt hydrogen fra polymerkæden. Katalysatoren bruger derefter dette brint til at skære de bindinger, der holder carbonkæden sammen, laver mindre stykker.

Nøglen er at bruge brintet, så snart det dannes, så kædeskæringen giver energi til at lave mere brint. Denne proces gentages mange gange for hver kæde, omdanne den faste polymer til en væske.

Hakningen sænkes naturligt, når molekylerne når en bestemt størrelse, så det er let at forhindre molekylerne i at blive for små. Vi er i stand til at genvinde den værdifulde væske, før den bliver til mindre nyttige gasser.

Et flertal af molekylerne i den genvundne væske er alkylbenzener, som er nyttige som opløsningsmidler og let kan omdannes til vaskemidler. Det globale marked for denne type molekyle er cirka 9 milliarder dollars om året.

At gøre affaldsplastik til værdifulde molekyler kaldes upcycling. Selvom vores undersøgelse repræsenterede en lille demonstration, en foreløbig økonomisk analyse tyder på, at den let kan tilpasses til at blive en meget større proces i de næste par år. At holde plast ude af miljøet ved at genbruge det på en måde, der giver god økonomisk mening, er en win-win.

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