Forskere analyserer, hvordan en kemisk proces kan hjælpe med at genbruge almindeligt plastaffald

"Vigtigheden af ​​denne forskning er at identificere og udvikle de billigste og mest effektive måder at genbruge PET på," sagde McNeely, som studerer kemiteknik, "Der er et klart offentligt ønske om at bruge produkter fremstillet af genbrugsmaterialer, men hvis de genanvendte materialer materiale koster meget mere end det jomfruelige materiale, så er det mindre sandsynligt, at folk køber det genbrugte materiale."

McNeely og Liu undersøgte depolymeriseringsveje ved hjælp af ethylenglycol, methanol eller vand til fremstilling af monomerer, der kan renses for tilsætningsstoffer, urenheder og farvestoffer i plastaffald og derefter omdannes tilbage til genanvendt PET-polymer.

Forud for deres undersøgelse fokuserede det meste af arbejdet med den kemiske depolymerisering af PET kun på kemiaspektet. Men denne forskning giver en grundig vurdering af termodynamik, kemi, oprensning, affaldshåndtering og bæredygtigt design af PET-depolymeriseringsprocesser.

Forskerholdet skabte en komplet simuleringsmodel af fire depolymeriseringsprocesser, der kvantificerer masse- og energibalancerne sammen med energiefterspørgsel og kuldioxidemissioner, hvilket er et kvantitativt grundlag for industrielle praktiserende læger, der er interesserede i dens depolymerisering for at videreudvikle bæredygtige depolymeriseringsprocesser.

"Der er mange forskellige måder PET kan depolymeriseres på, og der er tre, der aktivt udvikles til kommerciel brug, og vi demonstrerer, hvordan disse forskellige metoder kan sammenlignes fra et kemisk behandlingssynspunkt," sagde McNeely.

Deres arbejde foreslår også nøgleområder for forskere at fokusere på for at fremme plastgenanvendelse meningsfuldt og tillade nye genbrugsteknologier at være kommercielt gennemførlige.

"En af de største udfordringer med mekanisk genbrug er, at visse farvestoffer og urenheder ikke kan fjernes," sagde McNeely. "Der skal gøres en stor indsats i sortering og rensning af affalds-PET, der kan genanvendes mekanisk.

"At konvertere polymeren til en monomer åbner op for en række rensningsveje og gør det muligt at genanvende affalds-PET af teoretisk en hvilken som helst kvalitet. Det åbner også mulighed for at genanvende andre PET-materialer såsom emballage og tekstiler, som faktisk udgør størstedelen af ​​PET. slutbrug."

Der er mange virksomheder, der aktivt udvikler PET-kemiske genbrugsteknologier, hvoraf en er Eastman Chemical Co. Eastman har bygget den første storstilede depolymeriseringsenhed i USA ved hjælp af metanolyse i Kingsport, Tennessee.

"Det er vigtigt, at traditionelle kemivirksomheder som Eastman arbejder på denne teknologi. Disse virksomheder har adgang til store mængder kapital til at bygge processer i stor skala og har knowhow og erfaring til at udvikle og drive processer effektivt og pålideligt, hvilket er vigtig for, at nye genbrugsteknologier kan overleve, især under turbulente markedsforhold," sagde McNeeley.

"Dette er en rettidig og betydningsfuld, tankevækkende undersøgelse," sagde Joseph Bays, licensteknologichefen for virksomheden. "Jeg er fan af varmeintegrationsinnovationen for at spare energiforbrug og nogle andre innovative funktioner i bæredygtigt designstudie."

I betragtning af den globale kontekst af PET-genanvendelse sagde McNeeley, at sådanne bestræbelser burde medføre et hastende niveau.

"Plast er i øjeblikket afledt af fossile brændstoffer-baserede råvarer. Udsving i plastikpriser og relativt lave priser på fossile brændstoffer har en tendens til at dræbe plastgenvindingsindsatsen, fordi det er svært at tjene penge," sagde han.

"Der er en begrænset mængde fossile brændstoffer, og priserne vil i sidste ende stige, efterhånden som ressourcen bliver mere knap. Det er her, plastgenvindingsindsatsen bliver pålideligt rentabel, samtidig med at plastik forhindres i at blive ekstremt dyr, når vi går over til at bruge råmaterialer, der er afledt af ikke-fossile brændstoffer. "

Flere oplysninger: Adam McNeely et al., Vurdering af PET-depolymerisationsprocesser for cirkulær økonomi. 2. Procesdesignmuligheder og procesmodelleringsevaluering for metanolyse, glykolyse og hydrolyse, Industri- og ingeniørkemiforskning (2024). DOI:10.1021/acs.iecr.3c04001

Journaloplysninger: Industri- og ingeniørkemiforskning

Leveret af Virginia Tech