Viitorul pare luminos pentru materialele plastice reciclabile la infinit

Doar aproximativ 2% din materialele plastice sunt în prezent complet reciclate. Plasticele PDK pot rezolva criza cu o singură utilizare.

O nouă analiză de mediu și tehnologică sugerează că un plastic revoluționar ecologic este aproape gata să intre pe rafturi.

Materialele plastice fac parte din aproape fiecare produs pe care îl folosim în fiecare zi. O persoană obișnuită din SUA generează aproximativ 100 kg de deșeuri de plastic pe an, dintre care majoritatea se îndreaptă direct către un depozit de deșeuri. O echipă condusă de Corinne Scown, Brett Helms, Jay Keasling și Kristin Persson la Laboratorul Național Lawrence Berkeley (Laboratorul Berkeley) a decis să o schimbe.

Cu mai puțin de doi ani în urmă, Helms a anunțat inventarea unui nou plastic care ar putea rezolva criza deșeurilor. Denumit poli (diketoenamină) sau PDK, materialul are toate proprietățile convenabile ale materialelor plastice tradiționale evitând în același timp capcanele de mediu, deoarece spre deosebire de materialele plastice tradiționale, PDK-urile pot fi reciclate la nesfârșit fără pierderi de calitate.

Acum, echipa a lansat un studiu care arată ce se poate realiza dacă producătorii încep să utilizeze PDK-uri pe scară largă. La urma urmelor? Materialele plastice pe bază de PDK pot deveni rapid competitive din punct de vedere comercial cu materialele plastice convenționale, iar produsele vor deveni mai puțin costisitoare și mai durabile în timp.

„Materialele plastice nu au fost create niciodată pentru a fi reciclate. Nevoia de a face acest lucru a fost recunoscută mult mai târziu ”, a explicat Nemi Vora, autorul principal al raportului și un fost coleg postdoctoral care a lucrat cu autorul principal Corinne Scown. „Dar dezvoltarea durabilității este esența acestui proiect. PDK-urile au fost create pentru a fi reciclate de la zero și, de la început, echipa a lucrat pentru a rafina procesele de producție și reciclare pentru PDK-uri, astfel încât materialul să fie suficient de ieftin și ușor de plasat în scări comerciale în orice, de la ambalarea mașinilor. ”

Studiul prezintă o simulare pentru o structură de 20.000 de tone metrice pe an, care generează noi PDK-uri și ia deșeurile PDK uzate pentru reciclare. Autorii au calculat intrările chimice și tehnologia necesară, precum și costurile și emisiile de gaze cu efect de seră, apoi au comparat rezultatele acestora cu cifre echivalente cu producția de materiale plastice convenționale.

„În aceste zile, există un mare impuls pentru adoptarea practicilor economiei circulare în industrie. „Toată lumea încearcă să recicleze tot ceea ce pune pe piață”, a spus Vora. „Am început să discutăm cu industria despre plasarea de materiale reciclate 100% la nesfârșit și ne-a interesat mult”.

„Întrebările sunt cât de mult va costa, ce impact va avea asupra consumului de energie și a emisiilor și cum să ajungem unde suntem astăzi”, a adăugat Helms, un om de știință din cadrul Berkeley Lab’s Molecular Foundry. „Următoarea etapă a cooperării noastre este să răspundem la aceste întrebări.”

Bifând casete gratuite și ușoare

Până în prezent, au fost produse peste 8,3 miliarde de tone metrice de material plastic, iar marea majoritate a acestora a ajuns în depozitele de deșeuri sau în instalațiile de incinerare a deșeurilor. O cantitate mică de plastic este trimisă pentru a fi reciclată „mecanic”, adică sunt topite și apoi formate în produse noi. Cu toate acestea, această tehnică are beneficii limitate. Rășina plastică în sine este alcătuită din multe molecule identice (numite monomeri) legate între ele în lanțuri lungi (numite polimeri). Cu toate acestea, pentru a conferi materialelor plastice multă textură, culoare și abilitate, aditivilor precum pigmenții, stabilizatorii de căldură și ignifugii sunt adăugați la rășină. Când multe materiale plastice sunt topite împreună, polimerii sunt amestecați cu un aditiv aditiv potențial incompatibil, rezultând un nou material de calitate mult mai scăzută decât rășina virgină recent produsă din materiile prime. Ca atare, mai puțin de 10% din materialele plastice sunt reciclate mecanic de mai multe ori, iar materialele plastice reciclate conțin, de obicei, și rășină virgină pentru a compensa imersiunea în calitate.

Plasticul PDK se rupe ușor

Un GIF care arată cum plasticul PDK se descompune ușor atunci când este plasat într-o soluție acidă. Acidul ajută la ruperea legăturilor dintre monomeri și la separarea acestora de aditivii chimici care îi conferă aspectul și simțul plasticului. Credit: Peter Christensen / Berkeley Lab

Materialele plastice PDK ignoră complet această problemă – polimerii de rășină sunt prelucrați pentru a se împărți cu ușurință în monomeri individuali atunci când sunt amestecați cu un acid. Monomerii pot fi apoi separați de fiecare aditiv și asamblați pentru a produce materiale plastice noi fără pierderi de calitate. Studiul anterior al echipei arată că acest proces de „reciclare chimică” este ușor asupra emisiilor de energie și dioxid de carbon și poate fi repetat la nesfârșit, creând un ciclu de viață din material complet circular, unde există în prezent un bilet într-o direcție de pierdut.

Cu toate acestea, în ciuda acestor proprietăți incredibile, pentru a bate cu adevărat plasticul în jocul lor, PDK-urile trebuie, de asemenea, să se potrivească. Reciclarea materialelor plastice tradiționale pe bază de ulei poate fi dificilă, dar fabricarea de materiale plastice noi este foarte ușoară.

“Vorbim despre materiale care sunt practic nereciclabile”, a spus Scown. „Deci, în ceea ce privește atragerea producătorilor, PDK-urile nu concurează cu plasticul reciclat – trebuie să concureze cu rășina virgină. Și am fost foarte încântați să vedem cât de ieftină și eficientă va fi reciclarea materialului. ”

Scown, care este om de știință în zonele tehnologice ale Energiei și Biosciințelor Berkeley Lab, este specializat în modelarea viitorului impact asupra mediului și financiar al tehnologiilor emergente. Scown și echipa ei au lucrat la proiectul PDK de la început, ajutând echipa de chimisti și oameni de știință din fabricarea Helms să selecteze materiile prime, solvenții, echipamentele și tehnicile care vor duce la cel mai accesibil produs și ecologic.

„Luăm tehnologie în stadiu incipient și proiectăm cum ar arăta o operațiune la scară comercială” folosind diferite intrări și tehnologii, a spus ea. Acest proces unic de modelare colaborativă permite oamenilor de știință din Berkeley Lab să identifice potențiale provocări de scalare și să facă îmbunătățiri ale procesului fără cicluri costante de încercare și eroare.

Raportul echipei, publicat în Science Advances, modelează o conductă de producție și reciclare PDK la scară comercială pe baza stării actuale de dezvoltare a plasticului. „Și principalele ipoteze au fost că, odată ce ați produs PDK și l-ați introdus în sistem, costul și emisiile de gaze cu efect de seră asociate continuării reciclării acestora către monomeri și realizarea de noi produse pot fi mai mici decât sau cel puțin la egalitate cu , mulți polimeri convenționali ”, a spus Scown.

Planifică lansarea

Datorită optimizării modelării proceselor, PDK-urile reciclate atrag deja interesul companiilor care au nevoie de consumabile din plastic. Privind mereu spre viitor, Helms și colegii săi au efectuat cercetări de piață și întâlniri cu oameni din industrie încă de la începuturile proiectului. Munca lor arată că cea mai bună aplicație inițială pentru PDK-uri sunt piețele în care producătorul își va primi produsul la sfârșitul vieții sale, cum ar fi industria auto (prin comerț și achiziții) și electronice de larg consum (prin programe de e-deșeuri). Aceste companii vor putea profita de produsele PDK 100% reciclabile: marca stabilă și economii pe termen lung.

Muncitori care clasifică deșeurile din plastic

Muncitori care clasifică deșeurile din plastic.

„Cu PDK, acum oamenii din industrie au de ales”, a spus Helms. „Aducem parteneri care construiesc circulație în liniile lor de produse și în capacitățile lor de producție și le oferim o oportunitate care este în conformitate cu cele mai bune practici din viitor.”

Scown a adăugat: „Știm că există interes la acest nivel. Unele țări au planuri de a percepe tarife ridicate pentru produsele din plastic care se bazează pe materiale nereciclabile. „Această relocare va oferi un puternic stimulent financiar pentru a se îndepărta de utilizarea rășinilor virgine și ar trebui să crească cererea de plastic reciclat.”

După ce a pătruns pe piața produselor durabile, cum ar fi mașinile și dispozitivele electronice, echipa speră să extindă PDK-urile în bunuri de unică folosință cu durată mai scurtă de viață, cum ar fi ambalajul.

Un viitor cu cerc complet

În timp ce creează planuri pentru o lansare comercială, oamenii de știință își continuă, de asemenea, cooperarea tehnico-economică în procesul de producție PDK. Deși costul PDK reciclat este deja proiectat să fie scăzut competitiv, oamenii de știință lucrează la îmbunătățiri suplimentare pentru a reduce costul PDK virgin, astfel încât companiile să nu fie împiedicate de prețul inițial de investiții.

Și adevărat, oamenii de știință fac doi pași înainte în același timp. Scown, care este și vicepreședinte pentru Ciclul de viață, economie și agronomie la Joint BioEnergy Institute (JBEI), și Helms colaborează cu Jay Keasling, biolog sintetic senior la Berkeley Lab și UC Berkeley și CEO al JBEI, pentru a proiecta un proces pentru producerea de polimeri PDK folosind compuși precursori din microbi. Procesul utilizează în prezent substanțe chimice industriale, dar a fost inițial creat având în vedere microbii Keasling, datorită unui atelier interdisciplinar surpriză.

“Cu puțin timp înainte de a începe proiectul PDK, am fost la un atelier în care Jay descria toate moleculele pe care le-ar putea produce la JBEI cu microbii lor proiectați”, a spus Helms. „Și am fost foarte încântat pentru că am văzut că unele dintre aceste molecule erau lucruri pe care le-am pus în PDK. Eu și Jay am avut câteva conversații și ne-am dat seama că aproape tot polimerul ar putea fi fabricat folosind materiale vegetale fermentate cu germeni. ”

„În viitor, vom aduce acea componentă biologică, ceea ce înseamnă că putem începe să înțelegem efectele trecerii de la materii prime convenționale la materii prime unice și posibil bio-avansate care ar putea fi mai durabile. Pe baza energiei, carbonului sau intensității a producției și reciclării apei ”, a continuat Helms.

„Așa că suntem acum, acesta este primul pas al multor oameni și cred că avem o lungă perioadă de timp înainte, ceea ce este interesant”.

Referință: „Nivelul costurilor și amprenta de carbon a polimerilor circulari reciclați chimic în monomer” de Nemi Vora, Peter R. Christensen, Jérémy Demarteau, Nawa Raj Baral, Jay D. Keasling, Brett A. Helms și Corinne D. Scown, 9 aprilie 2021, Progrese în știință.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0187

Molecular Foundry este o facilitate a Departamentului Energiei (DOE) al utilizatorului Science Office, specializată în științe la scară nano. JBEI este un centru de cercetare în domeniul bioenergiei finanțat de Biroul de Științe DOE.

Această lucrare a fost susținută de programul DOE Bioenergy Technologies și Research and Development condus de Berkeley Lab Laboratory (LDRD).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.