Recikliranje plastičnih odpadkov v surovine visoke vrednosti

 

Razvoj postopka za pretvorbo plastičnih odpadkov v surovine visoke vrednosti

Onesnaževanje s plastiko je postalo eden glavnih svetovnih okoljskih izzivov, ki ogroža trajnostni razvoj in našo lastno blaginjo.

Polietilensko plastiko, zlasti plastične vrečke, je težko reciklirati, pa tudi po recikliranju dobimo le nizko-kakovostne izdelke. Toda nov postopek, ki so ga razvili v laboratoriju kalifornijske univerze Berkeley (ZDA), bi lahko spremenil plastične odpadke v surovine visoke vrednosti, hkrati pa zmanjšal potrebo po fosilnih gorivih za proizvodnjo propilena, poroča revija Science.

Postopek, ki je še v zgodnjih fazah razvoja, uporablja katalizatorje za lomljenje dolgih polimerov polietilena (PE) na enotne dele (molekulo s tremi ogljikovimi atomi propilen), ki so surovina za izdelavo drugih vrst plastike visoke vrednosti, kot je polipropilen.

Ta sistem lahko spremeni odpadne plastične izdelke, ne samo plastične vrečke in posode, ampak tudi vse vrste plastenk PE, v izdelek, po katerem je veliko povpraševanja.

Prejšnje metode lomljenja polietilenskih verig so zahtevale visoke temperature in povzročile veliko manjše povpraševanje po mešanicah komponent. Novi postopek pa ne le zmanjša potrebo po proizvodnji propilena iz fosilnih goriv, ampak lahko tudi pomaga zapolniti trenutno veliko povpraševanje v industriji plastike po propilenu.

"V kolikor se reciklira, veliko polietilenske plastike postane material nizke kakovosti. Ne moremo vzeti ene plastične vrečke in izdelati druge z enakimi lastnostmi," pravi John Hartwig, profesor kemije na univerzi Berkley. "Če pa to vrečko polimera razdelimo na njene monomere, jo razdelimo na majhne koščke in ponovno polimeriziramo, namesto da bi vzeli več ogljika iz zemlje, jo uporabimo kot vir ogljika za izdelavo drugih stvari, na primer polipropilena. Tako porabimo manj plina iz skrilavca in zapolnimo tako imenovano propilensko vrzel."


 

Na svetu se reciklira le 14 % vseh polietilenskih plastičnih izdelkov  

Polietilenska plastika predstavlja približno eno tretjino celotnega svetovnega trga plastike. Letno se na svetu proizvede več kot 100 mio ton te plastike iz fosilnih goriv, vključno z zemeljskim plinom, pridobljenim s hidravličnim lomljenjem, pogosto imenovanim plin iz skrilavca.

Kljub programom recikliranja se reciklira le približno 14 % vseh polietilenskih plastičnih izdelkov.

Polietilenske polimere je zaradi njihove stabilnosti težko razgraditi na njihove sestavne dele ali de-polimerizirati, zato je večina recikliranja sestavljena iz taljenja in oblikovanja v druge izdelke, kot je vrtno pohištvo, ali sežiganja kot goriva.


 

Izsledki raziskav laboratorija univerze Berkeley (ZDA) 

De-polimerizacija polietilena v propilen je način za proizvodnjo izdelkov višje vrednosti, in sicer iz odpadkov nične vrednosti, pri čemer se zmanjša uporaba fosilnih goriv.

Z donacijo Ministrstva za energijo ZDA za raziskovanje novih katalitičnih reakcij so raziskovalci univerze Berkeley prišli na idejo o prekinitvi dveh vezi ogljik-vodik v polietilenu s katalizatorjem, sprva iridijevim katalizatorjem in pozneje s katalizatorji platina-kositer in platina-cink, za ustvarjanje reaktivne dvojne vezi ogljik-ogljik. S to razpoko v oklepu polimerne vezi ogljik-vodik so lahko razvezali polimerno verigo z reakcijo z etilenom in dvema dodatnima kooperativno reagirajočima katalizatorjema.

Vzeli so nasičen ogljikovodik, vse enojne vezi ogljik-ogljik, iz polimera odstranili nekaj molekul vodika, da so naredili dvojne vezi ogljik-ogljik, ki so bolj reaktivne kot enojne vezi ogljik-ogljik.

"Nekateri znanstveniki so že preučevali ta proces, vendar nihče tega ni dosegel v dejanskem polimeru," pojasnjuje Hartwig. "Ko dobimo dvojno vez ogljik-ogljik, uporabimo reakcijo, imenovano olefinska metateza, ki je bila predmet Nobelove nagrade leta 2005, z etilenom za cepitev dvojne vezi ogljik-ogljik. Nato vzamemo ta dolgoverižni polimer in ga razdelimo na manjše kose, ki na koncu vsebujejo dvojno vez ogljik-ogljik."

Dodatek drugega katalizatorja, paladija, je omogočil večkratno obrezovanje molekul propilena (molekul s tremi ogljiki) z reaktivnega konca. Rezultat je bil, da se je 80 % polietilena reduciralo v propilen.

"Ko imamo dolgo verigo z dvojno vezjo ogljik-ogljik na koncu, naš katalizator vzame to dvojno vez ogljik-ogljik in jo izomerizira, en ogljik notri," nadaljuje. Etilen reagira s tem začetnim izomeriziranim produktom, da nastane propilen in skoraj enak polimer, le krajši, z dvojno vezjo na koncu. In potem naredi isto stvar znova in znova.

Reakcije so potekale v tekoči raztopini s topnimi ali "homogenimi" katalizatorji. Raziskovalci trenutno delajo na procesu, ki uporablja netopne ali "heterogene" katalizatorje, da bi dosegli enak rezultat, saj je trdne katalizatorje mogoče lažje ponovno uporabiti.

Skupina je dokazala, da postopek deluje z različnimi vrstami PE plastike, kot so prosojne steklenice za mleko, neprozorne steklenice za šampone, PE posode in trdi črni plastični pokrovčki. Vsi ti izdelki so bili učinkovito reducirani v propilen, odstraniti pa je bilo treba le barvila.

Laboratoriju je prav tako uspelo uporabiti inovativno katalizo za ustvarjanje procesa, ki pretvori polietilenske vrečke v lepila, še en dragocen izdelek. Skupaj bi lahko ti novi procesi bistveno zmanjšali rastoče kupe plastike, ki končajo na odlagališčih, v rekah in v oceanih.

A oboje je še daleč od komercializacije, priznava Hartwig. Iz dosedanjega dela in raziskav pa je že razvidno, da bi ta novi proces spremenil plastične odpadke v ogromno kemično surovino, za kar pa je seveda potrebno še nekaj razvoja.


Viri: Factiva, CE Noticias Financieras, Science Daily

 

Preberite tudi:

Globalni trendi na področju zelene tehnologije

Več informacij o globalnih trendih na področju kemične industrije




Za informacije na www.izvoznookno.si skrbimo:
 

• ekipa Sektorja za spodbujanje internacionalizacije, SPIRIT Slovenija, javna agencija,
• svetovalci v državah ter
• zunanji sodelavci in institucije, ki posredujejo informacije za posamezne vsebine na spletni portal.