Naujas ekologiškas plastikas gali būti beveik tobulas cheminiam perdirbimui - kokią gudrybę panaudojo mokslininkai?

Šis plastikas, kuris yra pagamintas iš augalinių aliejų, buvo pristatytas šių metų pradžioje žurnale „Nature“ kaip beveik neteršiantis, aplinkai draugiškas, iškastinio kuro pagrindu pagaminto plastiko, kurio pagaminama kasmet milijonai tonų, pakaitalas.

Didžioji dalis perdirbimo šiais laikais vyksta mechaniniu būdu – surūšiuojant plastiką ir jį supjaustant smulkias dalis, kurios naudojamos naujiems plastiko gaminiams. Tuo tarpu cheminio perdirbimo metu ilgos plastiko polimero grandinės suskaidomos karščiu ar tirpalais, siekiant atgauti pirminius monomero komponentus.

Tačiau viena cheminio perdirbimo vystymo problemų taip pat yra priežastis, dėl kurios plastikas yra naudinga medžiaga: stiprus anglies-anglies ryšys molekulinėje struktūroje. Dažniausiai pasitaikančiam plastikui polietilenui reikalinga bent 600 laipsnių (pagal Celsijų) temperatūra, kad būtų nutrauktas minėtas ryšys, ir būtų galima atgauti monomerus – todėl cheminio perdirbimo rodiklis yra vos 10 procentų.

Tyrimui vadovavęs autorius ir Konstanzo universiteto (Vokietija) chemijos mokslų departamento vadovas Stefanas Meckingas sako, kad angliavandenilių grandinių stabilumas šiuo atveju yra problema. Norint jas suskaidyti į mažas molekules, reikia aukštos temperatūros ir daug energijos, o patys tokio proceso rezultatai nėra itin geri.

S.Meckingo ir kolegų sukurtas plastiko mišinys turi cheminius ryšius, tačiau juos lengviau nutraukti todėl cheminis jų perdirbimas būtų žymiai lengvesnis.

Dviejų medžiagų – poliesterio ir polikarbonato – cheminiam perdirbimui būtina jas panardinti į etanolį ar metanolį ir pakaitinti iki 120 laipsnių pagal Celsijų su katalizatoriumi arba 150 laipsnių pagal Celsijų be katalizatoriaus. Tada mokslininkai atvėsino ir rekristalizavo plastiką, ir jį išfiltravo. Kalbant apie polikarbonatą, buvo atgauta 96 procentai medžiagos.

Poreikiui perdirbimo pramonėje mažėjant ir perdirbamoms medžiagoms kaupiantis sandėliuose bei savartynuose, cheminis perdirbimas buvo pasiūlytas kaip dalinis sprendimo būdas siekiant sumažinti plastiko atliekų kiekį. Amerikos chemijos taryba gyrė pasiūlytą naują technologiją, kuri galėtų vaidinti svarbų vaidmenį žiedinėje ekonomikoje siekiant sumažinti plastiko atliekų kiekį ir perdirbti atliekas į naujus gaminius.

Tiesa, šis metodas taip pat turi trūkumų. 2020 metais Pasaulinis deginimo alternatyvų aljansas (aplinkosaugos organizacija) sukritikavo tyrimų apie cheminio perdirbimo technologijas trūkumą ir pareiškė, kad šiam metodui reikia daug energijos – dėl ko gali būti išskirta pavojingų cheminių medžiagų. Organizacijos teigimu, cheminis perdirbimas taip pat nukreipia dėmesį nuo pastangų riboti plastiko gamybą, kad būtų sumažintas atliekų kiekis.

Naujo tyrimo metu mokslininkai išsiaiškino, kad perdirbimo procesas veikė, kai plastiko sudėtyje buvo dažų ar užpildo – tokio kaip anglies pluoštas – kurie sukelia iššūkius mechaniniame perdirbime. Plastikas taip pat buvo sėkmingai atgautas, kai alkoholio tirpale buvo panardinti kito plastiko gabaliukai.

Augaliniai riebalai buvo parinkti kaip pradinė medžiaga plastiko sintetinimui – pirmiausiai dėl jų naudingų ilgų grandinių. Be to, jų tiekimas yra tvaresnis nei nafta ar kitas iškastinis kuras, naudojamas gaminant didžiąją dalį pasaulio plastiko.

Naujas plastikas buvo labai panašus į didelio tankio polietileną – plačiai naudojamą plastiką, kuris žymimas perdirbimo numeriu 2. Chemikams atliekant bandymus, buvo išsiaiškinta, kad visos trys medžiagos turėjo panašias savybes – tokias kaip struktūra, elastingumas ir molekulinis svoris. Tiesa, polikarbonatas ir poliesteris turėjo žemesnius lydymosi ir kristalizavimosi taškus.

Jie taip pat buvo tinkamesni 3D spausdinimui nei polietilenas, šios medžiagos taip pat geriau išlaiko savybes po pakartotinio naudojmo ir perdirbimo.

S.Meckingas nustatė šios naujos medžiagos trūkumą – kainą. Etilenas yra pigiausia statomoji medžiaga chemijos pramonėje. Jis sako, kad konkuravimas dabartinėje rinkoje su įprastu polietilenu, o taip pat teisinės sistemos sąlygos yra labai sudėgingos.

Mokslininkas ir jo kolegos atlieka tyrimą dėl naujojo plastiko panaudojimo 3D spausdinimui. Jis sako, kad pirminis pritaikymas būtų daug žadantis tolimesniam šios medžiagos vystymui, ir galiausiai plečiant jo gamybą.

Šis naujas plastikas gamtoje taip pat greičiau irtų nei įprasti polimerai – dėl inkorporuotų skilimo taškų, kas taip pat domina vokiečių chemiką atlikti detalesnius tyrimus.