Yeni plastik geri dönüşüm yöntemi karbonu yakalıyor

İklim ve çevrenin durumuyla ilgili endişelerin arttığı bir dönemde, plastik atığı azaltmak ve atmosferdeki karbondioksiti yakalamak için yenilikçi çözümler geliştirmek üzere önemli çabalar harcandı; bunların çoğu aynı anda tek bir krize yönelikti.

Bununla birlikte, araştırmacılar yakın zamanda polikarbonat plastik üretmek ve geri dönüştürmek ve aynı zamanda karbonu yakalamak için sürdürülebilir, kapalı döngülü bir süreç tasarladılar ve bu iki zorluğun aynı anda etkili bir şekilde üstesinden geldiler.

Geleneksel plastik geri dönüşümü, plastiğin yüksek sıcaklıkta ısıtılmadan önce sınıflandırılmasını, temizlenmesini ve granül haline getirilmesini içeren mekanik bir işlemdir ve tüm plastikler bu şekilde geri dönüştürülemez; ancak yakma veya çöp depolama alanlarına göre daha çevre dostudur.

Florida Eyalet Üniversitesi'nden profesör ve bilim insanı Hoyong Chung, "Ancak, [mekanik geri dönüşümün] kritik bir sorunu var çünkü yüksek ısıya tekrar tekrar maruz kalmak, plastiğin kimyasal yapısında kalıcı değişikliklere neden olabilir ve bu da düşük kaliteli geri dönüştürülmüş plastiklerle sonuçlanabilir" dedi. mevcut çalışma hakkında .

Yeni plastiklerin yapımında lignin atıklarının kullanılması Chung ve doktora sonrası araştırmacısı Arijit Ghorai tarafından geliştirilen geri dönüşüm yöntemi, mekanik geri dönüşümden temel olarak farklıdır. Depolimerizasyon olarak bilinen bir işlemle polikarbonatın orijinal yapı taşlarına dönüştürülmesini içerir.

Bu sürecin anahtarı, biyokütlenin önemli bir bileşeni olan ve yenilenebilirliği, geniş pazarı ve düşük maliyeti nedeniyle plastik ve diğer ticari ürünlerin üretiminde fosil yakıtların en azından kısmen yerini alma potansiyeliyle tanınan lignindir. Aynı zamanda biyoyakıt, kağıt hamuru ve kağıt endüstrilerinin de istenmeyen önemli bir yan ürünüdür; bu endüstriler yılda yaklaşık 50-70 milyar ton lignin üretir. Bu ligninin çoğu boşa gidiyor.

“Zenginliğe israf” kavramı yeni değil. Bilim insanları, avokado budama artığı ve metal talaşı gibi normalde atılan her türlü atığı plastik ve hidrojen yakıtı gibi faydalı ürünlere dönüştürüyor .

Kimyacılar karbondioksitin polikarbonat plastiğe dönüştürülebileceğini onlarca yıldır biliyor ancak geleneksel süreç en sürdürülebilir süreç değil. Tipik olarak karbondioksit, fosil yakıt türevi bileşiklerle reaksiyona sokulur ve reaksiyon yalnızca yüksek sıcaklık ve basınç gerektirmez - bu da yüksek enerji harcaması anlamına gelir - aynı zamanda titizlikle tasarlanmış metal katalizörler gerektirir; bu da prosesin karmaşıklığını ve ayrıca kullanılan malzemeye bağlı olarak parasal maliyetleri de artırır. kullanılan metal.

Bu süreci daha sürdürülebilir kılmak için Chung ve Ghorai, fosil yakıttan türetilmiş bir başlangıç ​​malzemesi ve metal içermeyen bir katalizör yerine lignin kullandı. Lignin iyi bir alternatiftir çünkü kimyasal yapısı, uygun bir katalizör varlığında karbondioksit ile reaksiyona girebilen fonksiyonel gruplar açısından zengindir.

Araştırmacıların organik bir molekül kullanarak katalize ettiği bu reaksiyon, polikarbonatın yapı taşı veya “monomeri” olan siklik karbonatı üretiyor. İkinci adım olan siklik karbonatın polikarbonata polimerizasyonu, oda sıcaklığında ve normal atmosferik basınçta yapılabilir; bu, geleneksel sentez için gerekli olanlardan çok daha hafif koşullardır.

Katalizörün, katalizör miktarının ve reaksiyon süresinin ayarlanmasıyla plastiğin termal stabilitesi ve mukavemeti gibi özellikleri kontrol edilebilir ve böylece polikarbonatın belirli uygulamalar için özelleştirilmesi sağlanır. Amaçlanan kullanımın ardından, plastiğin tekrar monomerine dönüştürüldüğü depolimerizasyon yoluyla geri dönüştürülebilir.

Döngüsel bir plastik ekonomi

Aynı ürünü yeniden oluşturmak için plastik atığı temel birimlerine dönüştüren depolimerizasyon ve diğer teknolojiler için genel bir terim olan kimyasal geri dönüşüm ve plastik atıkların daha yüksek değerli ürünlere dönüştürülmesi olan kimyasal ileri dönüşüm, geçişteki eksik halka gibi görünüyor. döngüsel bir plastik ekonomisine geçiş.

Chung ve Ghorai'nin kimyasal geri dönüşüm yaklaşımı nispeten basitti; orijinal siklik karbonatı elde etmek için, depolimerizasyon reaksiyonunu hızlandırmak amacıyla polikarbonatı aynı organik katalizörü kullanarak 90 °C'de 12 saat ısıttılar.

Ghorai, "Bu geri dönüştürülmüş monomerleri, orijinal, yüksek kaliteli polimeri yeniden sentezlemek için kullanabiliriz" diye açıkladı. “Bu yöntemi benimseyerek geri dönüşüm sonrasında polimer kalitesinde herhangi bir bozulmanın önüne geçebiliriz.”

"[İdeal olarak], geliştirilen polikarbonatlar orijinal özelliklerinden ödün vermeden [tekrarlanan] kapalı döngü geri dönüşümüne tabi tutulabilir" diye belirtti.

Ghorai ve Chung, analizlerle geri dönüştürülmüş polimerin özelliklerinin orijinal, bozulmamış polimerle aynı olduğunu doğruladı. Ancak polimerin gerçekte kaç kez bozulmadan geri dönüştürülebileceğini belirlemek için daha fazla teste ihtiyaç var.

Sürecin fizibilitesinin, güvenliğinin ve verimliliğinin de laboratuvar dışında çok daha büyük ölçekte incelenmesi gerekiyor, ancak araştırmacılar bunun eninde sonunda biyomedikal ve enerji depolama uygulamaları için yüksek değerli kimyasallar ve özel polimerler üretmek için kullanılacağını umuyor.

Chung, "Kısa vadede polimer inşaat, tarım, ambalaj, kozmetik, tekstil, çocuk bezi ve tek kullanımlık mutfak eşyaları gibi sektörlerde düşük maliyetli, kısa vadeli plastik ürünler için kullanılabilir" dedi.

Çalışma, lignin tarafından ne kadar karbondioksit yakalandığını niceliksel olarak değerlendirmedi, ancak araştırmacılar bize bu deneylerin devam ettiğini söyledi. Ayrıca toz halinde hazırladıkları polikarbonatı ticari kullanım için film gibi farklı formlara dönüştürmeyi planlıyorlar.

Halen yapılması gereken çalışmalara rağmen bu çalışma, polikarbonat için döngüsel bir plastik ekonomisinin mümkün olabileceğini göstermektedir.