Ο πλανήτης μας ασφυκτιά από τα πλαστικά και μερικά από αυτά μπορεί να χρειαστούν δεκαετίες για να αποδομηθούν στις χωματερές, όπως το πολυπροπυλένιο -που χρησιμοποιείται για πράγματα όπως οι συσκευασίες τροφίμων και οι προφυλακτήρες- και το πολυαιθυλένιο, που βρίσκεται σε πλαστικές σακούλες, μπουκάλια, παιχνίδια, ακόμη και σε εδαφοβελτιωτικό υλικό.
Το πολυπροπυλένιο και το πολυαιθυλένιο μπορούν να ανακυκλωθούν, αλλά η διαδικασία μπορεί να είναι δύσκολη και συχνά παράγει μεγάλες ποσότητες του αερίου του θερμοκηπίου μεθανίου. Είναι και τα δύο πολυολεφίνες, τα οποία είναι προϊόντα πολυμερισμού αιθυλενίου και προπυλενίου, πρώτων υλών που προέρχονται κυρίως από ορυκτά καύσιμα. Οι δεσμοί των πολυολεφινών είναι επίσης διαβόητα δύσκολο να σπάσουν.
Ωστόσο, τώρα, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Berkeley επινόησαν μια μέθοδο ανακύκλωσης αυτών των πολυμερών που χρησιμοποιεί καταλύτες που σπάνε εύκολα τους δεσμούς τους, μετατρέποντάς τα σε προπυλένιο και ισοβουτυλένιο, τα οποία είναι αέρια σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτά τα αέρια μπορούν στη συνέχεια να ανακυκλωθούν σε νέα πλαστικά.
«Επειδή το πολυπροπυλένιο και το πολυαιθυλένιο είναι από τα πιο δύσκολα και ακριβά πλαστικά που μπορούν να διαχωριστούν μεταξύ τους σε ένα μικτό ρεύμα αποβλήτων, είναι ζωτικής σημασίας να εφαρμόζεται μια διαδικασία ανακύκλωσης και στις δύο πολυολεφίνες», ανέφερε η ερευνητική ομάδα σε μελέτη που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Science.
Η διαδικασία ανακύκλωσης που χρησιμοποίησε η ομάδα είναι γνωστή ως ισομεριστική αιθενόλυση, η οποία βασίζεται σε έναν καταλύτη για τη διάσπαση των πολυμερικών αλυσίδων ολεφινών στα μικρά τους μόρια. Οι δεσμοί πολυαιθυλενίου και πολυπροπυλενίου είναι ιδιαίτερα ανθεκτικοί στις χημικές αντιδράσεις, επειδή και οι δύο αυτές πολυολεφίνες έχουν μεγάλες αλυσίδες από απλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα. Τα περισσότερα πολυμερή έχουν τουλάχιστον έναν διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα, ο οποίος είναι πολύ πιο εύκολο να σπάσει.
Ενώ η ισομερής αιθενόλυση είχε δοκιμαστεί από τους ίδιους ερευνητές και στο παρελθόν, οι προηγούμενοι καταλύτες ήταν ακριβά μέταλλα που δεν παρέμεναν αρκετά καθαρά για να μετατρέψουν όλο το πλαστικό σε αέριο. Η χρήση νατρίου σε αλουμίνα και στη συνέχεια οξειδίου του βολφραμίου σε πυρίτιο αποδείχθηκε πολύ πιο οικονομική και αποτελεσματική, παρόλο που οι υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται για την αντίδραση αύξησαν λίγο το κόστος.
Και στα δύο πλαστικά, η έκθεση σε νάτριο σε αλουμίνα έσπασε κάθε πολυμερική αλυσίδα σε μικρότερες και δημιούργησε σπαστούς διπλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα στα άκρα. Οι αλυσίδες συνέχισαν να σπάνε ξανά και ξανά. Και τα δύο στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε μια δεύτερη διαδικασία γνωστή ως ολεφινική μετάθεση. Εκτέθηκαν σε ρεύμα αερίου αιθυλενίου που έρεε σε θάλαμο αντίδρασης, ενώ εισήχθησαν σε οξείδιο του βολφραμίου σε πυρίτιο, το οποίο είχε ως αποτέλεσμα τη διάσπαση των δεσμών άνθρακα-άνθρακα.
Η αντίδραση σπάει όλους τους δεσμούς άνθρακα-άνθρακα στο πολυαιθυλένιο και το πολυπροπυλένιο, με τα άτομα άνθρακα που απελευθερώνονται κατά τη διάσπαση αυτών των δεσμών να καταλήγουν συνδεδεμένα σε μόρια αιθυλενίου. «Το αιθυλένιο είναι ζωτικής σημασίας για την αντίδραση αυτή, καθώς αποτελεί πυρήνα αντίδρασης», δήλωσε στο Ars Technica ο ερευνητής R.J. Conk, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης. «Οι σπασμένοι κρίκοι αντιδρούν στη συνέχεια με το αιθυλένιο, το οποίο αφαιρεί τους κρίκους από την αλυσίδα. Χωρίς αιθυλένιο, η αντίδραση δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί». Ολόκληρη η αλυσίδα καταλύεται μέχρι το πολυαιθυλένιο να μετατραπεί πλήρως σε προπυλένιο και το πολυπροπυλένιο να μετατραπεί σε μείγμα προπυλενίου και ισοβουτυλενίου.
Η μέθοδος αυτή έχει υψηλή εκλεκτικότητα, δηλαδή παράγει μεγάλη ποσότητα του επιθυμητού προϊόντος: προπυλένιο που προέρχεται από το πολυαιθυλένιο και προπυλένιο και ισοβουτυλένιο που προέρχονται από το πολυπροπυλένιο. Και οι δύο αυτές χημικές ουσίες έχουν μεγάλη ζήτηση: το προπυλένιο είναι σημαντική πρώτη ύλη για τη χημική βιομηχανία, ενώ το ισοβουτυλένιο είναι ένα συχνά χρησιμοποιούμενο μονομερές σε πολλά διαφορετικά πολυμερή, όπως το συνθετικό καουτσούκ και ένα πρόσθετο βενζίνης.
Επειδή τα πλαστικά συχνά αναμειγνύονται στα κέντρα ανακύκλωσης, οι ερευνητές θέλησαν να δουν τι θα συνέβαινε αν το πολυπροπυλένιο και το πολυαιθυλένιο υποβάλλονταν μαζί σε ισομερή αιθενόλυση. Η αντίδραση ήταν επιτυχής, μετατρέποντας το μείγμα σε προπυλένιο και ισοβουτυλένιο, με ελαφρώς περισσότερο προπυλένιο από ισοβουτυλένιο.
Τα μίγματα περιλαμβάνουν επίσης συνήθως προσμίξεις με τη μορφή πρόσθετων πλαστικών. Έτσι, η ομάδα θέλησε επίσης να δει αν η αντίδραση θα εξακολουθούσε να λειτουργεί αν υπήρχαν προσμίξεις. Πειραματίστηκαν με πλαστικά αντικείμενα που διαφορετικά θα πετάγονταν, όπως μια φυγόκεντρο και μια σακούλα ψωμιού, τα οποία περιείχαν ίχνη άλλων πολυμερών εκτός από πολυπροπυλένιο και πολυαιθυλένιο. Η αντίδραση απέδωσε μόνο ελαφρώς λιγότερο προπυλένιο και ισοβουτυλένιο από ό,τι με τις αμιγείς εκδόσεις των πολυολεφινών.
Μια άλλη δοκιμή περιελάμβανε την εισαγωγή διαφορετικών πλαστικών, όπως το PET και το PVC, στο πολυπροπυλένιο και το πολυαιθυλένιο για να διαπιστωθεί αν αυτό θα έκανε διαφορά. Αυτά όντως μείωσαν σημαντικά την απόδοση. Εάν αυτή η προσέγγιση πρόκειται να είναι επιτυχής, τότε θα πρέπει να αφαιρούνται από τα προϊόντα πολυπροπυλενίου και πολυαιθυλενίου όλα, εκτός από τα ελάχιστα ίχνη προσμίξεων, πριν από την ανακύκλωσή τους.
Αν και αυτή η μέθοδος ανακύκλωσης ακούγεται ότι θα μπορούσε να αποτρέψει τόνους επί τόνων αποβλήτων, θα πρέπει να επεκταθεί σε τεράστια κλίμακα για να συμβεί αυτό. Όταν η ερευνητική ομάδα αύξησε την κλίμακα του πειράματος, παρουσίασε την ίδια απόδοση, γεγονός που φαίνεται ελπιδοφόρο για το μέλλον. Παρόλα αυτά, θα πρέπει να δημιουργηθούν σημαντικές υποδομές προτού αυτό μπορέσει να κάνει την πραγματική διαφορά στα πλαστικά απόβλητα μας.
«Ελπίζουμε ότι η εργασία που περιγράφεται θα οδηγήσει σε πρακτικές μεθόδους για την παραγωγή νέων πολυμερών», ανέφεραν οι ερευνητές στην ίδια μελέτη. «Με τον τρόπο αυτό, η ζήτηση για την παραγωγή αυτών των βασικών χημικών προϊόντων πρώτης ανάγκης που ξεκινούν από ορυκτές πηγές άνθρακα και οι σχετικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου θα μπορούσαν να μειωθούν σημαντικά».
[via]
