Forskning guider fremtiden for kemisk genanvendelse af plastaffald

Ny forskning fra Cornell College of Engineering har til formål at lette processen med kemisk genanvendelse - en ny industri, der kunne gøre affaldsprodukter tilbage til naturlige ressourcer ved fysisk at nedbryde plastik til de mindre molekyler, det oprindeligt blev produceret af.

I et nyt blad, "Konsekvent livscyklusvurdering og optimering af genanvendelse af kemisk genanvendelse af højdensitetspolyethylen-plastaffald, " offentliggjort i 13. september-udgaven af ​​tidsskriftet ACS Sustainable Chemistry &Engineering , Fengqi dig, Roxanne E. og Michael J. Zak professor i energisystemteknik, og ph.d.-studerende Xiang Zhao detaljerer en ramme, der inkorporerer flere matematiske modeller og metoder, der tager højde for alt fra kemisk genbrugsudstyr, processer og energikilder, til miljøeffekter og markedet for slutprodukter.

Rammen er den første omfattende analyse af sin art, der kvantificerer livscyklussens miljøpåvirkninger af kemisk genanvendelse af plastaffald, såsom klimaændringer og menneskelig toksicitet.

Milliarder af tons plastik er blevet produceret siden 1950'erne, men det meste af det – 91 %, ifølge en ofte citeret undersøgelse - er den ikke blevet genbrugt. Mens voksende lossepladser og forurenede naturområder er blandt bekymringerne, manglende evne til at reducere og genbruge plastik ses også af nogle som en forpasset økonomisk mulighed.

Det er derfor, den nye industri inden for kemisk genbrug fanger opmærksomheden hos affaldsindustrien og forskere som dig, der er med til at identificere optimale teknologier til kemisk genanvendelse og giver en køreplan for industriens fremtid.

Ikke alene skaber kemisk genanvendelse en "cirkulær økonomi, "hvor et affaldsprodukt kan omdannes til en naturressource, men det åbner døren for plastik såsom polyethylen med høj densitet - der bruges til at fremstille emner såsom stive flasker, legetøj, underjordiske rør, og postpakkekonvolutter – som skal genbruges mere almindeligt.

Din ramme kan kvantificere de miljømæssige konsekvenser af markedsdynamikker, som typiske livscyklus-bæredygtighedsvurderinger ville overse. Det er også den første, der kombinerer overbygningsoptimering - en beregningsteknik til at søge over et stort kombinatorisk rum af teknologistier for at minimere omkostningerne - med livscyklusanalyse, markedsinformation og økonomisk ligevægt.

Artiklen fremhæver fordelene ved følgelivscyklusoptimering sammenlignet med mere traditionelle analytiske værktøjer. I et scenarie, at maksimere økonomiske resultater og samtidig minimere miljøpåvirkninger, Livscyklusoptimering medførte et mere end 14 % fald i drivhusgasemissioner og en mere end 60 % reduktion af fotokemisk luftforurening sammenlignet med den attributionelle livscyklusvurderingsmetode, der typisk anvendes i miljøvurderingsundersøgelser.

Mens analysen giver industrieksperter og politiske beslutningstagere en generel vej til at fremme kemisk genanvendelse og en cirkulær økonomi for plast, utallige valg og variabler langs den teknologiske vej skal overvejes. For eksempel, hvis markedets efterspørgsel efter basiskemikalier som ethylen og propylen er stærk nok, rammerne anbefaler en specifik type kemisk separationsteknologi, mens hvis butan eller isobuten ønskes, en anden type teknologi er optimal.

"Det er en kemisk proces, og der er så mange muligheder, " Du sagde. "Hvis vi vil investere i kemisk genbrug, hvilken teknologi ville vi bruge? Det afhænger virkelig af sammensætningen af ​​vores affald, varianterne af polyethylenplast, og det afhænger af de aktuelle markedspriser for slutprodukter som brændstoffer og kulbrinter."

Miljømæssige konsekvenser af kemisk genanvendelse afhænger af variabler såsom leverandørprocessen af ​​kemiske råvarer og produkter. For eksempel, rammen viste, at produktion af buten på stedet i modsætning til at få det leveret kan reducere fotokemisk luftforurening fra genbrugsanlæg med næsten 20 %, mens brug af naturgas på stedet øger mere end 37 % af potentielt skadelig ioniserende stråling.

"Der er altid noget, vi kan vride og justere i teknologien og processen, og det er den vanskelige del, " sagde du, som tilføjede, at efterhånden som nye kemiske genbrugsteknikker dukker op, og markederne ændrer sig, livscyklusoptimering forbliver et stærkt værktøj til at vejlede den nye industri.