Nowa metoda recyklingu mechanicznego rozkłada tworzywa PET za pomocą metalowych kulek, nie powodując zanieczyszczenia środowiska. Naukowcy w USA wykorzystują siłę fizyczną, aby recykling tworzyw PET był czystszy i bardziej wydajny.
- Nowa metoda recyklingu PET.
- Bez ciepła i toksycznych rozpuszczalników.
- Reakcje chemiczne dzięki uderzeniom.
- Czystsze, szybsze i wydajniejsze.
- Potencjał do recyklingu przemysłowego na dużą skalę.
Nowa metoda wykorzystuje zderzenia do rozkładania tworzyw sztucznych i recyklingu w sposób zrównoważony
Tworzywa sztuczne są istotną częścią współczesnego stylu życia, ale ich gromadzenie się — na wysypiskach, w oceanach i ekosystemach — stanowi jedno z największych wyzwań środowiskowych XXI wieku. Wśród nich jednym z najbardziej rozpowszechnionych jest politereftalan etylenu (PET). Obecny w butelkach, opakowaniach żywności i tkaninach syntetycznych, jego wytrzymałość utrudnia skuteczny recykling.
Obecnie zespół naukowców ze Szkoły Inżynierii Chemicznej i Biomolekularnej Georgia Tech, kierowany przez Kingę Gołąbek i profesora Carstena Sieversa, opracował technikę, która może stanowić przełom: rozkład PET za pomocą sił mechanicznych, bez stosowania ekstremalnego ciepła lub agresywnych środków chemicznych.
Jak to działa: chemia z uderzeniami
Technika ta opiera się na mekano-chemii, dziedzinie wykorzystującej energię mechaniczną — taką jak zderzenia lub tarcie — do wywoływania reakcji chemicznych. W tym przypadku wykorzystuje się urządzenie znane jako reaktor kulowy, w którym metalowe kulki zderzają się gwałtownie z fragmentami PET.
Proces ten powoduje powstanie obszarów wysokiego ciśnienia i lokalnej temperatury na powierzchni tworzywa sztucznego. Warunki te wystarczają do zerwania wiązań chemicznych PET, zwłaszcza w połączeniu z substancjami takimi jak wodorotlenek sodu (NaOH). Najbardziej niezwykłe jest to, że wszystko odbywa się w temperaturze pokojowej i bez konieczności stosowania toksycznych rozpuszczalników.
Badania opublikowane w czasopiśmie Chem pokazują, że sama energia mechaniczna może zainicjować degradację polimeru. Nawet bez NaOH fizyczne uderzenie powoduje pęknięcia łańcuchów molekularnych, zaburzając strukturę i ułatwiając dalsze reakcje.
Kontrolowane i wydajne reakcje
Dzięki eksperymentom z pojedynczym uderzeniem i zaawansowanym symulacjom komputerowym zespół był w stanie zmapować rozkład energii i sposób, w jaki wywołuje ona zmiany fizyczne i chemiczne w PET. Zidentyfikowano mikrokratry, w których tworzywo sztuczne mięknie, pęka i ujawnia większą powierzchnię dla odczynnika, sprzyjając rozkładowi.
Jednym z kluczowych czynników jest wymagany próg energii. Słabe zderzenia mają niewielki wpływ na materiał, podczas gdy bardziej intensywne aktywują proces recyklingu. Wiedza ta pozwala zoptymalizować system w celu osiągnięcia równowagi między efektywnością energetyczną a wydajnością chemiczną, co jest niezbędne w procesach przemysłowych.
Poza laboratorium
Chociaż technologia ta znajduje się w fazie eksperymentalnej, jej potencjał jest ogromny. Recykling PET do jego pierwotnych składników pozwoliłby zamknąć cykl życia tworzyw sztucznych i zapobiec ich składowaniu lub spalaniu. W przeciwieństwie do konwencjonalnego recyklingu, który zazwyczaj „degraduje” materiał, technika ta pozwoliłaby zachować pierwotną jakość recyklingowanego tworzywa sztucznego.
Obecnie tylko niewielki procent globalnego PET jest efektywnie poddawany recyklingowi. W krajach takich jak Hiszpania nadal istnieją ograniczenia techniczne i ekonomiczne, które hamują całkowity odzysk materiału. Technologie takie jak mechanochemia mogą zrewolucjonizować tę sytuację, oferując realną alternatywę dla zdecentralizowanych, mniejszych i bardziej zrównoważonych zakładów recyklingu.
Ponadto rozwiązanie to jest zgodne z nowymi przepisami europejskimi, które wymagają wyższych wskaźników rzeczywistego recyklingu i redukcji odpadów z tworzyw sztucznych, takimi jak te przewidziane w Europejskim Zielonym Ładzie lub przyszłej dyrektywie w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych.
Potencjał
Postęp ten stanowi nie tylko innowację technologiczną. Otwiera on również konkretne możliwości rozwiązania globalnego kryzysu związanego z tworzywami sztucznymi. Niektóre z najbardziej obiecujących zastosowań obejmują:
- Modułowe zakłady recyklingu, dostosowane do lokalnych warunków, bez konieczności stosowania wysokich temperatur i produktów zanieczyszczających środowisko.
- Drastyczne zmniejszenie emisji związanych z recyklingiem dzięki rezygnacji z pieców lub rozpuszczalników przemysłowych.
- Prawdziwa gospodarka o obiegu zamkniętym dzięki odzyskiwaniu monomerów, które mogą być ponownie wykorzystywane w nieskończoność bez utraty jakości.
- Zastosowania w innych złożonych tworzywach sztucznych, takich jak poliuretany lub mieszanki wielowarstwowe, które są trudne do recyklingu tradycyjnymi metodami.
- Innowacje w zakresie materiałów: wykorzystanie tych procesów do projektowania tworzyw sztucznych, które ulegają łatwiejszemu rozkładowi mechaniczno-chemicznemu.
Dzięki rygorystycznemu podejściu naukowemu, ale ukierunkowanemu na praktyczne zastosowanie, badania te stanowią decydujący krok w kierunku czystszego, zdecentralizowanego i regeneracyjnego systemu gospodarowania odpadami z tworzyw sztucznych. Wyzwaniem jest teraz jego skalowanie, włączenie do łańcucha wartości i wykorzystanie jego potencjału do zmiany naszego stosunku do materiałów, z których korzystamy na co dzień.
