Nová metoda popsaná v časopise Science z 11. srpna by mohla zvýšit ekonomické pobídky pro recyklaci plastů a otevřít dveře k recyklaci nových typů plastů. Výzkumníci odhadují, že jejich metody by také mohly snížit emise skleníkových plynů z konvenční výroby těchto průmyslových chemikálií zhruba o 60 procent.
Nová technika se opírá o několik existujících technik chemického zpracování. První je pyrolýza, při které se plasty zahřívají na vysoké teploty v prostředí bez kyslíku. Výsledkem je pyrolýzní olej, kapalná směs různých sloučenin. Pyrolýzní olej obsahuje velké množství olefinů -- třídy jednoduchých uhlovodíků, které jsou ústředním stavebním kamenem dnešních chemikálií a polymerů, včetně různých typů polyesterů, povrchově aktivních látek, alkoholů a karboxylových kyselin.
V současných energeticky náročných procesech, jako je krakování párou, vyrábějí chemičtí výrobci olefiny vystavením ropy extrémně vysokému teplu a tlaku. V tomto novém procesu tým UW-Madison získává olefiny z pyrolýzního oleje a používá je v mnohem méně energeticky náročném chemickém procesu zvaném homogenní hydroformylační katalýza. Tento proces přeměňuje olefiny na aldehydy, které lze dále redukovat na důležité průmyslové alkoholy.
"Tyto produkty lze použít k výrobě široké škály materiálů, které mají vyšší hodnotu," říká George Huber, profesor chemického a biologického inženýrství, který vedl práci spolu s postdoktorským výzkumníkem Houqianem Li a doktorandem Jiayang Wu.
Tyto vysoce hodnotné materiály zahrnují přísady používané k výrobě mýdel a čisticích prostředků, stejně jako další užitečnější polymery.
"Jsme opravdu nadšení z důsledků této technologie," říká Huber, který také řídí Centrum pro chemickou recyklaci odpadních plastů financované z energetiky. "Je to platformová technologie pro modernizaci plastového odpadu pomocí hydroformylační chemie."
Recyklační průmysl by mohl proces brzy přijmout; v posledních letech nejméně 10 velkých chemických společností vybudovalo nebo oznámilo plány na zařízení na výrobu pyrolýzních olejů z odpadních plastů. Mnoho z nich vede pyrolýzní olej přes parní krakování, aby produkovaly sloučeniny nízké hodnoty. Nová technika chemické recyklace by mohla poskytnout udržitelnější a lukrativnější způsob použití těchto olejů.
"V současné době tyto společnosti nemají opravdu dobrý přístup k modernizaci pyrolýzního oleje," říká Li. "V tomto případě můžeme získat vysoce hodnotné alkoholy v hodnotě 1200 až 6 $000 za tunu z odpadních plastů, které mají hodnotu jen asi 100 $ za tunu. Tento proces navíc využívá stávající technologie a techniky. Je to relativně snadné zvětšit."
Studie byla výsledkem spolupráce několika různých oddělení UW-Madison, říká Huber. Clark Landis, předseda katedry chemie a světový odborník na hydroformylaci, navrhl možnost aplikace této techniky na pyrolýzní oleje. Chemické a biologické inženýrství Profesor Manos Mavarikakis použil pokročilé modelování, aby poskytl pohled na chemické procesy na molekulární úrovni. A profesor Victor Zavala chemického a biologického inženýrství poskytl pomoc s analýzou ekonomiky této techniky a životního cyklu plastového odpadu.
Dalším krokem pro tým je vyladit proces a lépe porozumět tomu, jaké konečné chemické produkty produkují recyklované plasty a kombinace katalyzátorů.
„Existuje tolik různých produktů a tolik cest, kterými se můžeme s touto platformovou technologií vydat,“ říká Huber. "Pro produkty, které vyrábíme, je obrovský trh. Myslím, že by to skutečně mohlo změnit průmysl recyklace plastů."
(zdroj: University of Wisconsin-Madison. „Nový proces recyklace by mohl najít odbytiště pro „nezdravý“ plastový odpad.“ ScienceDaily. ScienceDaily, 11. srpna 2023.
