La maggior parte del riciclaggio della plastica produce materiali di basso valore, ma abbiamo trovato un modo per trasformare una plastica comune in molecole di alto valore

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Se pensavi che quei fragili sacchetti di plastica usa e getta rappresentassero la maggior parte del nostro problema dei rifiuti di plastica, ripensaci. Il volume di plastica che il mondo butta via ogni anno potrebbe ricostruire la Grande Muraglia Cinese della dinastia Ming, lunga circa 3.700 miglia.

Nei sei decenni in cui la plastica è stata prodotta per usi commerciali, sono stati prodotti più di 8,3 miliardi di tonnellate. Le plastiche sono leggere, versatili, economiche e quasi indistruttibili (purché non si surriscaldino troppo). Queste proprietà li rendono incredibilmente utili in una vasta gamma di applicazioni che includono imballaggi alimentari sterili, trasporti efficienti dal punto di vista energetico, tessuti e dispositivi di protezione medica. Ma la loro natura indistruttibile ha un costo. La maggior parte di loro si decompone estremamente lentamente nell'ambiente – nell'ordine di diverse centinaia di anni – dove stanno creando un'epidemia globale di rifiuti di plastica. Le sue conseguenze per la salute umana e dell'ecosistema sono ancora note in modo incompleto, ma sono potenzialmente importanti.

Sono un chimico con esperienza nella progettazione di processi per la produzione di materie plastiche e mi sono interessato all'utilizzo della plastica come una grande risorsa inutilizzata di energia e materiali. Mi chiedevo se potessimo trasformare i rifiuti di plastica in qualcosa di più prezioso per tenerli lontani dalle discariche e dall'ambiente naturale.

Un nuovo modo di utilizzare i rifiuti di plastica

Le materie plastiche sono prodotte mettendo insieme un gran numero di piccole molecole a base di carbonio in una varietà quasi infinita di modi per creare catene polimeriche.

Per riutilizzare questi polimeri, gli impianti di riciclaggio potrebbero, in linea di principio, fonderli e rimodellarli, ma le proprietà della plastica tendono a deteriorarsi. I materiali risultanti non sono quasi mai adatti per il loro uso originale, sebbene possano essere utilizzati per realizzare oggetti di valore inferiore come il legname di plastica. Il risultato è un tasso di riciclaggio effettivo molto basso.

Un nuovo approccio prevede di rompere nuovamente le lunghe catene in piccole molecole. La sfida è come farlo in modo preciso.

Poiché il processo di creazione delle catene in primo luogo rilascia molta energia, invertirlo richiede l'aggiunta di una grande quantità di energia. Generalmente questo significa riscaldare il materiale ad alta temperatura, ma riscaldare la plastica fa girare la roba in un brutto pasticcio. Inoltre spreca molta energia, il che significa più emissioni di gas serra.

Il mio team alla UC Santa Barbara, lavorando con i colleghi dell'Università dell'Illinois, Urbana-Champaign e Cornell, ha scoperto un modo pulito per trasformare il polietilene in utili molecole più piccole.

Il polietilene è uno dei tipi di plastica più utili e più utilizzati al mondo. È anche uno dei maggiori contributori ai rifiuti di plastica. Rappresenta un terzo dei quasi 400 milioni di tonnellate di plastica che il mondo produce ogni anno, per scopi che vanno da imballaggi sterili per alimenti e medicinali, pellicole e rivestimenti impermeabili, isolamento di cavi e fili, materiali da costruzione e tubi dell'acqua, fino all'anca resistente all'usura. e protesi al ginocchio e persino giubbotti antiproiettile.

Come funziona il nuovo processo

Un semplice processo a una pentola trasforma i rifiuti di plastica di polietilene in liquidi preziosi quando sono esposti a un catalizzatore chimico solido e un po 'di calore.
Fan Zhang, UCSB, CC BY-SA

Il processo che abbiamo sviluppato non richiede alte temperature, ma dipende invece da piccole quantità di un catalizzatore contenente un metallo che rimuove un po 'di idrogeno dalla catena del polimero. Il catalizzatore utilizza quindi questo idrogeno per tagliare i legami che tengono insieme la catena di carbonio, creando pezzi più piccoli.

La chiave è usare l'idrogeno non appena si forma in modo che il taglio della catena fornisca l'energia per produrre più idrogeno. Questo processo viene ripetuto molte volte per ciascuna catena, trasformando il polimero solido in un liquido.

Il taglio rallenta naturalmente quando le molecole raggiungono una certa dimensione, quindi è facile evitare che le molecole diventino troppo piccole. Siamo in grado di recuperare il prezioso liquido prima che si trasformi in gas meno utili.

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La maggior parte delle molecole nel liquido recuperato sono alchilbenzeni, che sono utili come solventi e possono essere facilmente trasformati in detergenti. Il mercato globale per questo tipo di molecola è di circa 9 miliardi di dollari all'anno.

Trasformare i rifiuti di plastica in preziose molecole si chiama upcycling. Sebbene il nostro studio abbia rappresentato una dimostrazione su piccola scala, un'analisi economica preliminare suggerisce che potrebbe essere facilmente adattato per diventare un processo su scala molto più ampia nei prossimi anni. Tenere la plastica fuori dall'ambiente riutilizzandola in un modo che abbia un buon senso economico è un vantaggio per tutti.

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