دانشمندان از نور خورشید برای تبدیل ضایعات پلاستیکی مقاوم به مواد قابل استفاده مجدد استفاده می‌کنند
پلی‌استایرن سیاه، که به طور گسترده در ظروف غذا، درپوش‌های قهوه و بسته‌بندی‌ها استفاده می‌شود، به سختی بازیافت می‌شود. رنگ تیره آن که با پیگمنت کربن سیاه ساخته شده است، اسکنرهای نوری که در کارخانه‌های بازیافت استفاده می‌شوند را ناکارآمد می‌کند و این پیگمنت باعث پیچیدگی روش‌های معمول بازیافت می‌شود.
حال، دانشمندان از دانشگاه‌های کرنل و پرینستون روشی نوآورانه ابداع کرده‌اند که از نور خورشید و خود کربن سیاه برای تبدیل این ضایعات به مواد قابل استفاده مجدد بهره می‌برد.
نویسندگان مقاله، سوون اوه، هانینگ جیانگ و ارین استیچ می‌گویند: "اشعه ساده نور مرئی می‌تواند پتانسیل تغییر بازیافت شیمیایی پلاستیک‌ها را با استفاده از افزودنی‌هایی که در بسیاری از محصولات تجاری یافت می‌شوند، داشته باشد."
چالش با پلی‌استایرن سیاه
در حالی که ممنوعیت‌های استفاده از پلاستیک‌های یک‌بار مصرف در حال افزایش است، پلی‌استایرن سیاه هنوز رایج است. چالش‌های بازیافت آن ناشی از دو مسئله اصلی است: دشواری در جداسازی و شکستن انرژی‌بر آن.
اسکنرهای نوری که برای جداسازی پلاستیک‌ها در تاسیسات بازیافت حیاتی هستند، نمی‌توانند پلی‌استایرن سیاه را تشخیص دهند زیرا نور را به جای بازتاب جذب می‌کند. این امر شناسایی و جداسازی خودکار را تقریباً غیرممکن می‌سازد.
علاوه بر این، شکستن پیوندهای مولکولی پلی‌استایرن به‌طور سنتی نیاز به گرم کردن آن به بیش از 572 درجه فارنهایت (300 درجه سانتی‌گراد) در محفظه‌های بدون اکسیژن دارد. این فرآیند پرهزینه و ناکارآمد است و برای بازیافت در مقیاس بزرگ نامناسب می‌باشد.
یک جایگزین امیدوارکننده، تبدیل فتوترمال است که از نور برای گرم کردن پلاستیک‌ها از طریق یک ترکیب کمکی استفاده می‌کند که نور را به گرمای محلی تبدیل می‌کند. با این حال، استفاده از این ترکیبات نگرانی‌هایی در مورد تولید زباله اضافی یا تغییر خواص پلاستیک در طول استفاده اولیه خود به وجود می‌آورد.
رویکرد جدید با استفاده از کربن سیاه
به جای معرفی ترکیبات خارجی، محققان از کربن سیاه که در پلی‌استایرن سیاه تعبیه شده به عنوان عامل تبدیل حرارت استفاده کردند. این رویکرد نیاز به افزودنی‌های اضافی را از بین می‌برد و از یک جزء که قبلا مانع محسوب می‌شد استفاده می‌کند.
در آزمایشات خود، تیم پلی‌استایرن سیاه ساخته شده در آزمایشگاه را به پودر ریز خرد کردند و تحت نورهای LED سفید با شدت بالا قرار دادند. کربن سیاه نور را جذب کرده و گرمای محلی تولید می‌کند که پلی‌استایرن را به مولکول‌های کوچکتری به نام استایرن‌ها تجزیه می‌کند.
این استایرن ها به همراه کربن سیاه باقی‌مانده به پلی‌استایرن جدید بازیافت شدند که یک فرآیند حلقه بسته را به انجام رساند.
هنگامی که با زباله‌های مصرفی مانند ظروف غذا و درپوش‌ها آزمایش شد، نتایج امیدوارکننده‌ای به دست آمد. تا 53 درصد از مواد به استایرن بازگردانده شدند. با نور خورشید متمرکز، کارایی به 80 درصد رسید. حتی زباله‌های مخلوط با پلی‌استایرن سیاه، زرد، قرمز و شفاف به کارایی 67 درصدی در نور خورشید تبدیل شدند، به لطف خواص تبدیل حرارتی کربن سیاه.
گامی به سوی بازیافت پایدار پلاستیک
تکیه این روش بر نور خورشید و مواد موجود باعث می‌شود هم مقرون به صرفه باشد و هم پایدار. نور خورشید متمرکز بالاترین کارایی را ارائه می‌دهد، و این فرآیند قابلیت انطباق با مناطق دارای نور خورشید فراوان را دارد.
حتی با آلودگی از موادی مانند روغن کانولا یا آب پرتقال، روش کاهش کارایی کمی نشان داد و قدرت آن را نشان داد.
با توجه به چالش‌های جداسازی و انرژی پلی‌استایرن سیاه، این نوآوری یک گام مهم به سوی کاهش ضایعات دفن زباله است. علاوه بر این، ممکن است راهی برای بازیافت سایر پلاستیک‌های رنگی سخت برای فرآیند فراهم کند و به اقتصاد چرخشی برای استفاده از پلاستیک نزدیکتر شود.
با سخت‌تر شدن قوانین محیط‌زیستی درباره پلاستیک‌های یک‌بار مصرف، راه‌حل‌هایی مانند این ممکن است برای مدیریت ضایعات پلاستیکی حیاتی شود.
این مطالعه به تازگی در ACS Central Science منتشر شده است.
