محققان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، از یک فرآیند شیمیایی پرده برداری کردند که پتانسیل ایجاد انقلابی در بازیافت پلاستیک را دارد. این فرآیند نوآورانه می تواند به طور موثر رایج ترین انواع زباله های پلاستیکی را تبخیر کند. متعاقباً زباله های پلاستیکی رایج را به مواد مفیدی برای ساخت پلاستیک های جدید تبدیل می کند.
پروفسور هارتویگ که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: “ما مقدار زیادی پلی اتیلن و پلی پروپیلن در اشیاء روزمره، از کیسه های ناهار گرفته تا بطری های صابون لباسشویی گرفته تا پارچ های شیر داریم – بسیاری از آنچه در اطراف ما وجود دارد از این پلی الفین ها ساخته شده است. فرآیند کاتالیزوری می تواند به طور موثر پلی اتیلن و پلی پروپیلن را تجزیه کند، که با هم دو سوم کل زباله های پلاستیکی پس از مصرف را در جهان تشکیل می دهند.”
این فرآیند جدید آنها را به بلوک های سازنده هیدروکربنی با ارزش برای استفاده مجدد در تولید پلاستیک های جدید تبدیل میکند. این می تواند منجر به یک اقتصاد دایره ای برای بسیاری از پلاستیک های دور ریخته شود، به طور قابل توجهی نیاز به پلاستیک های جدید مشتق شده از سوخت های فسیلی را کاهش دهد و اثرات زیست محیطی زباله های پلاستیکی را کاهش دهد.
غلبه بر محدودیت ها
این پیشرفت بر اساس تحقیقات قبلی هارتویگ و تیمش است که بر تجزیه پلی اتیلن به پروپیلن متمرکز شده بود. محققان مزیت کلیدی اکسید تنگستن و سدیم جدید روی کاتالیزورهای آلومینا را نسبت به کاتالیزورهای فلزات گرانبها مورد استفاده در کار قبلی خود برجسته کردند.
کاتالیزورهای قبلی فعال بودند، اما عمر زیادی نداشتند و نمیتوانستند احیا و دوباره استفاده شوند. به علاوه، کاتالیزورهای قبلی روی پلی پروپیلن کار نمی کردند.
“مواد جدید پلی پروپیلن را تخریب میکنند و با تعداد گردش بالاتر (مول محصول/مول کاتالیزور؛ اندازهگیری طول عمر) واکنش میدهند و میتوانند در چرخه های واکنش چندگانه استفاده شوند.”
کاتالیزورهای جدید نیاز به حذف هیدروژن برای ایجاد پیوندهای دوگانه کربن-کربن شکستنی در پلیمر را که یک مرحله مهم در فرآیند قبلی است، حذف میکنند.
آنها همچنین بسیار کارآمد هستند و مخلوط تقریبا مساوی از پلی اتیلن و پلی پروپیلن را به پروپیلن و ایزوبوتیلن با بازدهی نزدیک به 90 درصد تبدیل می کنند.
تاثیر افزودنی های پلاستیکی
محققان همچنین دریافتند که این فرآیند در برابر برخی از افزودنی های پلاستیکی انعطاف پذیر است، همانطور که با شکستن موفقیت آمیز اشیاء مختلف پلاستیکی روزمره نشان داده شد.
با این حال، تحقیقات آنها نشان داد که مواد افزودنی خاص، مانند پلی (وینیل کلرید) (PVC) و پلی اتیلن ترفتالات (PET)، می توانند کاتالیزور را مسموم کنند و از کارایی آن جلوگیری کنند. خوشبختانه، این مواد را می توان به راحتی از پلی اتیلن و پلی پروپیلن جدا کرد.
پروفسور هارتویگ توضیح داد: “کاتالیزور ما نسبت به پلی استایرن متحمل بود، آلاینده ای که جداسازی آن از نظر چگالی دشوارتر است. کاتالیزور نیز توسط افزودنی های فتالات مسموم شده است. افزودنی ها و ناخالصی های زیادی وجود دارند که میتوانند در پلاستیک های زباله وجود داشته باشند، و کارهای آینده برای آزمایش تحمل آنها انجام خواهد شد.”
افزایش مقیاس برای کاربردهای صنعتی
تغییر به سمت کاتالیزورهای جامد راه را برای فرآیند جریان پیوسته هموار کرده است، روشی که به دلیل کارایی و مقیاس پذیری به طور گسترده در واکنش های صنعتی در مقیاس بزرگ به کار می رود.
“بیشتر واکنش های صنعتی در مقیاس بزرگ به عنوان یک فرآیند پیوسته انجام می شود. اجرای دسته ای پشت سر هم برای تولید هزاران محصول بسیار دشوار است.”
رویکرد جدید چندین مزیت کلیدی را ارائه می دهد. اولا، بازیابی و استفاده مجدد کاتالیزور آسان تر را تسهیل می کند و منجر به صرفه جویی در هزینه و کاهش اثرات زیست محیطی می شود.
ثانیاً، فرآیندهای جریان پیوسته کنترل بهتری بر شرایط واکنش ارائه میکنند و مدیریت بهتر کیفیت و بازده محصول را ممکن میسازند.
تحقیق و توسعه آینده در زمینه زباله های پلاستیکی
محققان حوزه های کلیدی را برای توسعه بیشتر و بهینه سازی فرآیند شناسایی کرده اند. آنها فعالانه روی بهبود طول عمر و بازسازی کاتالیزور، به ویژه برای کاتالیزور سدیم روی آلومینا، کار می کنند.
پروفسور هارتویگ در پایان گفت: “ما همچنین باید روی پیکربندی های راکتور کار کنیم تا مقیاس را افزایش دهیم و درباره تأثیر افزودنی ها و ناخالصی ها بیشتر بدانیم.”
در حالی که چالش ها، از جمله تأثیر برخی افزودنی های پلاستیکی و نیاز به افزایش بیشتر، باقی مانده اند، این پیشرفت نشان دهنده گامی مهم به سوی آینده ای پایدارتر برای مدیریت زباله های پلاستیکی است.