Forskere finder ud af at genbruge plast for at reducere drivhusgasemissionerne

Forskere fra University of Illinois Urbana-Champaign, University of California, Santa Barbara og Dow har udviklet en banebrydende proces til at omdanne den mest udbredte plast - polyethylen (PE) - til den næstmest udbredte plast, polypropylen (PP) , hvilket kan reducere drivhusgasemissioner (GHG).

"Verden har brug for flere og bedre muligheder for at udvinde energien og den molekylære værdi fra dets plastaffald," sagde medforfatter Susannah Scott, Distinguished Professor og Mellichamp Chair of Sustainable Catalytic Processing ved UC Santa Barbara. Konventionelle plastgenanvendelsesmetoder resulterer i plastikmolekyler af lav værdi og giver derfor kun ringe incitament til at genanvende bjergene af plastaffald, der er ophobet i løbet af de sidste årtier.

Men, tilføjede Scott, "at omdanne polyethylen til propylen, som derefter kan bruges til at lave en ny polymer, er, hvordan vi begynder at opbygge en cirkulær økonomi for plast."

"Vi startede med at konceptualisere denne tilgang og demonstrerede dens løfte først gennem teoretisk modellering - nu har vi bevist, at det kan gøres eksperimentelt på en måde, der er skalerbar og potentielt anvendelig til de nuværende industrikrav," sagde medforfatter Damien Guironnet, en professor i kemisk og biomolekylær teknik ved Illinois, som offentliggjorde den første undersøgelse, der skitserede de nødvendige katalytiske reaktioner i 2020.

Den nye undersøgelse offentliggjort i Journal of the American Chemical Society annoncerer en række koblede katalytiske reaktioner, der omdanner PE, som er #2 og #4 plastik, der udgør 29% af verdens plastikforbrug, til byggestenen propylen, der er nøgleingrediensen til at producere PP, også kendt som #5 plastik der tegner sig for tæt på 25 % af verdens plastikforbrug.

Denne undersøgelse etablerer et proof-of-concept for upcycling af PE-plast med mere end 95 % selektivitet til propylen. Forskerne har bygget en reaktor, der skaber en kontinuerlig strøm af propylen, der nemt kan omdannes til PP ved hjælp af den nuværende teknologi - hvilket gør denne opdagelse skalerbar og hurtigt implementerbar.

"Vores foreløbige analyse tyder på, at hvis blot 20% af verdens PE kunne genvindes og konverteres via denne rute, kunne det repræsentere en potentiel besparelse af drivhusgasemissioner, der kan sammenlignes med at tage 3 millioner biler af vejen," sagde Garrett Strong, en kandidatstuderende. tilknyttet projektet.

Målet er at skære hvert meget langt PE-molekyle mange gange for at opnå mange små stykker, som er propylenmolekylerne. Først fjerner en katalysator brint fra PE, hvilket skaber en reaktiv placering på kæden. Dernæst deles kæden i to på dette sted ved hjælp af en anden katalysator, som lukker enderne ved hjælp af ethylen. Endelig flytter en tredje katalysator det reaktive sted langs PE-kæden, så processen kan gentages. Til sidst er der kun et stort antal propylenmolekyler tilbage.

"Tænk på at skære en baguette i to og derefter skære præcist store stykker af enden af ​​hver halvdel - hvor den hastighed, du skærer med, styrer størrelsen af ​​hver skive," sagde Guironnet.

"Nu hvor vi har etableret proof of concept, kan vi begynde at forbedre effektiviteten af ​​processen ved at designe katalysatorer, der er hurtigere og mere produktive, hvilket gør det muligt at skalere op," sagde Scott. "Da vores slutprodukt allerede er kompatibelt med nuværende industriseparationsprocesser, vil bedre katalysatorer gøre det muligt at implementere dette gennembrud hurtigt."

Det arbejde, der præsenteres i denne publikation, er i høj grad komplementært med et papir udgivet i Science sidste uge. Begge grupper brugte jomfruelig plast og lignende kemi. Men Science-teamet brugte en anden proces i en lukket batch-reaktor, der krævede meget højere tryk - hvilket er energikrævende - og behovet for at genbruge mere ethylen.

"Hvis vi skal upcycle en betydelig del af de over 100 millioner tons plastikaffald, vi genererer hvert år, har vi brug for løsninger, der er meget skalerbare," sagde Guironnet. "Vores team demonstrerede kemien i en flowreaktor, vi udviklede til at producere propylen meget selektivt og kontinuerligt. Dette er et vigtigt fremskridt for at løse den enorme mængde af det problem, vi står over for."

Dow-forskere var også involveret i dette arbejde. "Dow tager en ledende rolle i at drive en mere cirkulær økonomi ved at designe til cirkulæritet, opbygge nye forretningsmodeller for cirkulære materialer og indgå partnerskaber for at stoppe plastikaffald," sagde seniorforsker og medforfatter i Dow, Ivan Konstantinov. "Som en finansierer af dette projekt er vi forpligtet til at finde nye måder at fjerne plastikaffald på og er opmuntret af denne tilgang." + Udforsk yderligere

Processen konverterer polyethylenposer, plast til polymerbyggesten