Een nieuwe methode om plastic afval met een lage dichtheid om te zetten in brandstof en grondstoffen belooft de koolstofkringloop te helpen sluiten. Krediet: Kunst door Melanie Hess-Robinson | Pacific Northwest Nationaal Laboratorium
Een nieuw proces produceert snel brandstof bij milde temperaturen, met weinig bijproducten.
Er zitten veel potentieel bruikbare grondstoffen in gebruikte gezichtsmaskers, boodschappentassen en voedselverpakkingen. Maar het is veel goedkoper geweest om meer van dit plastic voor eenmalig gebruik te blijven maken dan om ze terug te winnen en te recyclen.
Nu, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Ministerie van Energie Pacific Northwest Nationaal Laboratorium heeft de code gekraakt die eerdere pogingen om deze hardnekkige kunststoffen af te breken belemmerde. Ze rapporteerden hun ontdekking in het nummer van vandaag (23 februari 2023) van het tijdschrift Wetenschap.
Lage temperatuur en reactiecontrole
Meestal vereist het recyclen van kunststoffen het ‘kraken’ of splitsen van de taaie en stabiele bindingen die ze ook zo hardnekkig maken in het milieu. Deze kraakstap vereist hoge temperaturen, waardoor het duur en energie-intensief is.
De nieuwigheid hier is de combinatie van de kraakstap met een tweede reactiestap die de omzetting naar een vloeibare benzine-achtige brandstof onmiddellijk voltooit zonder ongewenste bijproducten. De tweede reactiestap maakt gebruik van zogenaamde alkyleringskatalysatoren. Deze katalysatoren zorgen voor een chemische reactie die momenteel door de aardolie-industrie wordt gebruikt om het octaangetal van benzine te verbeteren.
Cruciaal in de huidige studie is dat de alkyleringsreactie onmiddellijk volgt op de kraakstap in een enkel reactievat, in de buurt van kamertemperatuur (70 graden C/158 graden F).
[embedded content]
Een nieuw ontwikkeld plastic upcyclingproces werkt voor producten van polyethyleen met een lage dichtheid (LDPE, plastic hars code #4), zoals plastic films en knijpflessen, en polypropyleen producten (PP, plastic hars code #5) die normaal gesproken niet op stoepranden worden ingezameld -side recyclingprogramma’s in de Verenigde Staten. Krediet: Animatie door Sara Levine | PNNL
« Het kraken alleen om de bindingen te verbreken, resulteert erin dat ze op een ongecontroleerde manier een andere vormen, en dat is een probleem bij andere benaderingen », zegt Oliver Y. Gutiérrez, een studieauteur en chemicus bij PNNL. “De geheime formule hier is dat wanneer je een binding in ons systeem verbreekt, je meteen een nieuwe maakt op een gerichte manier die je het eindproduct geeft dat je wilt. Dat is ook het geheim dat deze omzetting bij lage temperatuur mogelijk maakt.”
In hun studie wees het onderzoeksteam, mede geleid door wetenschappers van de Technische Universiteit van München, Duitsland, op afzonderlijke, recente ontwikkelingen door de aardolie-industrie om het tweede deel van het hier gerapporteerde proces voor de verwerking van ruwe olie te commercialiseren.
« Het feit dat de industrie deze opkomende alkyleringskatalysatoren met succes heeft ingezet, toont hun stabiele, robuuste aard aan », zegt Johannes Lercher, een senior auteur van de studie, directeur van het Institute for Integrated Catalysis van PNNL en professor scheikunde aan de TUM. « Deze studie wijst op een praktische nieuwe oplossing om de koolstofcyclus voor afvalplastic te sluiten die dichter bij de implementatie staat dan vele andere die worden voorgesteld. »
In hun studie constateren de onderzoekers een beperking van hun bevindingen. Het proces werkt voor producten van polyethyleen met een lage dichtheid (LDPE, plastic hars code #4), zoals plastic films en knijpflessen, en polypropyleenproducten (PP, plastic hars code #5) die doorgaans niet worden ingezameld in recyclingprogramma’s aan de stoeprand. in de Verenigde Staten. Polyethyleen met hoge dichtheid (HPDE, kunststofhars code #2) zou een voorbehandeling nodig hebben om de katalysator toegang te geven tot de bindingen die hij moet verbreken.
Afvalplastic zien als toekomstige brandstof en nieuwe producten
Op aardolie gebaseerd plastic afval is een onaangeboorde hulpbron die kan dienen als grondstof voor bruikbare duurzame materialen en voor brandstoffen. Meer dan de helft van de 360 miljoen ton kunststoffen die elk jaar wereldwijd worden geproduceerd, zijn de kunststoffen waarop dit onderzoek zich richt. Maar om naar een berg plastic te kijken en de waarde ervan te zien, heb je de mentaliteit van een innovator, de vindingrijkheid van een scheikundige en een realistisch inzicht in de betrokken economie nodig. Deze wetenschappers proberen de dynamiek te veranderen door hun expertise toe te passen in het efficiënt verbreken van chemische bindingen.
« Om het probleem van hardnekkig plasticafval op te lossen, moeten we een kritiek punt bereiken waarop het zinvoller is om het in te zamelen en terug te geven voor gebruik dan om het als wegwerpmateriaal te behandelen », aldus Lercher. « We hebben hier laten zien dat we die conversie snel kunnen maken, tegen milde voorwaarden, wat een van de prikkels is om door te gaan naar dat omslagpunt. »
Referentie: « Low-temperature upcycling of polyolefins into liquid alkanes via tandem cracking-alkylation » 24 februari 2023, Wetenschap.
DOI: 10.1126/science.ade7485
Dit onderzoek, gepubliceerd op 24 februari 2023, werd ondersteund door het Department of Energy Office of Science.
