Jaunā metode, kas aprakstīta žurnāla Science 11. augusta numurā, varētu palielināt ekonomiskos stimulus plastmasas pārstrādei un pavērt durvis jaunu plastmasas veidu pārstrādei. Pētnieki lēš, ka viņu metodes varētu arī samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas no šo rūpniecisko ķīmisko vielu parastās ražošanas par aptuveni 60 procentiem.
Jaunā tehnika balstās uz pāris esošajām ķīmiskās apstrādes metodēm. Pirmā ir pirolīze, kurā plastmasu uzkarsē līdz augstām temperatūrām vidē, kurā nav skābekļa. Rezultāts ir pirolīzes eļļa, šķidrs dažādu savienojumu maisījums. Pirolīzes eļļa satur lielu daudzumu olefīnu -- vienkāršu ogļūdeņražu klase, kas ir mūsdienu ķīmisko vielu un polimēru, tostarp dažāda veida poliesteru, virsmaktīvās vielas, spirti un karbonskābes, galvenais elements.
Pašreizējos energoietilpīgos procesos, piemēram, tvaika krekinga, ķīmisko vielu ražotāji ražo olefīnus, pakļaujot naftu ārkārtīgi augstam karstumam un spiedienam. Šajā jaunajā procesā UW-Madison komanda atgūst olefīnus no pirolīzes eļļas un izmanto tos daudz mazāk energoietilpīgā ķīmiskā procesā, ko sauc par homogēnu hidroformilēšanas katalīzi. Šis process pārvērš olefīnus par aldehīdiem, kurus pēc tam var tālāk reducēt svarīgos rūpnieciskajos spirtos.
"Šos produktus var izmantot, lai izgatavotu plašu materiālu klāstu, kam ir augstāka vērtība," saka Džordžs Hūbers, ķīmiskās un bioloģiskās inženierijas profesors, kurš vadīja darbu kopā ar pēcdoktorantūras pētnieku Houqian Li un doktorantu Jiayang Wu.
Šie augstvērtīgākie materiāli ietver sastāvdaļas, ko izmanto ziepju un tīrīšanas līdzekļu pagatavošanai, kā arī citus noderīgākus polimērus.
"Mēs esam patiesi satraukti par šīs tehnoloģijas ietekmi," saka Hūbers, kurš arī vada Enerģijas finansēto plastmasas atkritumu ķīmiskās pārstrādes centru. "Tā ir platformas tehnoloģija plastmasas atkritumu modernizācijai, izmantojot hidroformilēšanas ķīmiju."
Pārstrādes nozare drīzumā varētu pieņemt šo procesu; pēdējos gados vismaz 10 lieli ķīmijas uzņēmumi ir uzbūvējuši vai paziņojuši par plāniem izveidot pirolīzes eļļas no plastmasas atkritumiem. Daudzi no tiem palaiž pirolīzes eļļu caur tvaika krekeriem, lai iegūtu mazvērtīgus savienojumus. Jaunā ķīmiskās pārstrādes tehnika varētu nodrošināt ilgtspējīgāku un ienesīgāku veidu, kā izmantot šīs eļļas.
"Šobrīd šiem uzņēmumiem nav īsti labas pieejas pirolīzes eļļas uzlabošanai," saka Li. "Šajā gadījumā mēs varam iegūt augstvērtīgus spirtus no 1200 līdz 6 ASV dolāriem par tonnu no plastmasas atkritumiem, kuru vērtība ir tikai aptuveni 100 ASV dolāri par tonnu. Turklāt šajā procesā tiek izmantotas esošās tehnoloģijas un paņēmieni. Tas ir salīdzinoši viegli palielināt."
Pētījums bija kopīgs darbs dažos dažādos UW-Madison departamentos, saka Hubers. Klārks Lendiss, Ķīmijas katedras vadītājs un pasaules hidroformilēšanas eksperts, ierosināja iespēju izmantot šo metodi pirolīzes eļļām. Ķīmiskā un bioloģiskā inženierija Profesors Manos Mavarikakis izmantoja progresīvu modelēšanu, lai sniegtu molekulārā līmeņa ieskatu ķīmiskajos procesos. Un ķīmijas un bioloģiskā inženierija profesors Viktors Zavala sniedza palīdzību, analizējot tehnikas ekonomiku un plastmasas atkritumu dzīves ciklu.
Nākamais komandas solis ir procesa noregulēšana un labāka izpratne par to, kādus gala ķīmiskos produktus ražo no pārstrādātās plastmasas un katalizatoru kombinācijas.
"Ir tik daudz dažādu produktu un tik daudz maršrutu, ko mēs varam izmantot, izmantojot šo platformas tehnoloģiju," saka Hūbers. "Mūsu ražotajiem produktiem ir milzīgs tirgus. Es domāju, ka tas patiešām varētu mainīt plastmasas pārstrādes nozari."
(resurss: Viskonsinas-Madisonas universitāte. "Jauns pārstrādes process varētu atrast noieta tirgus "junk" plastmasas atkritumiem." ScienceDaily. ScienceDaily, 2023. gada 11. augusts.
