روش جدید تبدیل زباله‌های پلاستیکی به منابع ارزشمند با فرآیند تبخیر
پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، یک فرآیند شیمیایی را معرفی کرده‌اند که پتانسیل تحول در بازیافت پلاستیک را دارد.
این فرآیند نوآورانه می‌تواند انواع رایج ضایعات پلاستیکی را به طور مؤثری تبخیر کرده و سپس آن‌ها را به مواد مفید برای ساخت پلاستیک‌های جدید تبدیل کند.
جان هارتویگ، استاد شیمی دانشگاه کالیفرنیا که این تحقیق را رهبری کرده است، در گفتگو با Interesting Engineering این توسعه جدید و مزایای آن را توضیح داد.
این فرآیند کاتالیزوری می‌تواند پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن را که در مجموع دو سوم از تمامی ضایعات پلاستیکی پس از مصرف را تشکیل می‌دهند، به طور مؤثری تجزیه کند.
پروفسور هارتویگ در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: «ما مقدار زیادی پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن در اشیاء روزمره داریم، از کیسه‌های ناهار تا بطری‌های مایع لباس‌شویی تا جعبه‌های شیر — بسیار از آنچه اطراف ماست از این پلی‌اولفین‌ها ساخته شده است.»
این فرآیند جدید آن‌ها را به بلوک‌های هیدروکربن ارزشمند قابل استفاده مجدد در تولید پلاستیک‌های جدید تبدیل می‌کند. این می‌تواند منجر به اقتصاد دایره‌ای برای بسیاری از پلاستیک‌های یکبارمصرف شود، نیاز به پلاستیک‌های جدید از سوخت‌های فسیلی را به شدت کاهش داده و تأثیرات زیست‌محیطی ضایعات پلاستیکی را کاهش دهد.
غلبه بر محدودیت‌ها
این توسعه بر اساس تحقیقات قبلی هارتویگ و تیمش است که بر تجزیه پلی‌اتیلن به پروپیلن تمرکز داشت.
پژوهشگران مزیت کلیدی کاتالیست‌های جدید اکسید تنگستن و سدیم بر روی آلومینا را در مقایسه با کاتالیست‌های فلزی گرانبها که در کارهای قبلی استفاده شده بود، برجسته کردند.
پروفسور هارتویگ به IE توضیح داد: «کاتالیست‌های قبلی فعال بودند، اما عمر طولانی نداشتند و نمی‌توانستند مجدداً بازتولید و استفاده شوند. علاوه بر این، کاتالیست‌های قبلی بر روی پلی‌پروپیلن عمل نمی‌کردند.»
«جدیدها پلی‌پروپیلن را تجزیه می‌کنند و با شماره‌های گردش بالاتر (مول‌های محصول/ مول کاتالیست؛ معیاری از عمر) واکنش می‌دهند و می‌توانند در چندین چرخه واکنش مورد استفاده قرار گیرند.»
کاتالیست‌های جدید نیاز به حذف هیدروژن برای ایجاد پیوندهای دوگانه کربن-کربن قابل شکست در پلیمر را، که یک مرحله مهم در فرآیند قبلی بود، از بین می‌برند.
آن‌ها همچنین بسیار کارآمد هستند و با تقریباً 90٪ کارایی، مخلوط تقریبی برابر از پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن را به پروپیلن و ایزوبوتیلن تبدیل می‌کنند.
تأثیر افزودنی‌های پلاستیکی
پژوهشگران همچنین دریافتند که این فرآیند نسبت به بعضی از افزودنی‌های پلاستیکی مقاوم است، همانطور که با تجزیه موفقیت‌آمیز اشیاء پلاستیکی روزمره نشان داده شد.
با این حال، تحقیقات آن‌ها نشان داد که برخی افزودنی‌ها مانند پلی‌وینیل کلرید (PVC) و پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) می‌توانند کاتالیست را مسموم کنند و کارایی آن را کاهش دهند.
خوشبختانه، این مواد به راحتی می‌توانند از پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن جدا شوند.
پروفسور هارتویگ به IE گفت: «کاتالیست ما نسبت به پلی‌استایرن، که جداسازی آن با استفاده از چگالی دشوارتر است، مقاوم بود.»
«کاتالیست همچنین با افزودنی‌های فتالات مسموم شد. افزودنی‌ها و ناخالصی‌های دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند در پلاستیک‌های زباله وجود داشته باشند و کارهای آینده برای آزمون تحمل در مقابل آن‌ها انجام خواهد شد.»
افزایش مقیاس برای کاربردهای صنعتی
انتقال به کاتالیست‌های جامد راه را برای یک فرآیند جریان پیوسته هموار کرده است، روشی که به طور گسترده‌ای در واکنش‌های صنعتی بزرگ‌مقیاس به دلیل کارایی و قابلیت افزایش آن استفاده می‌شود.
«بیشتر واکنش‌های صنعتی بزرگ‌مقیاس به عنوان یک فرآیند پیوسته انجام می‌شوند. اجرای دسته‌ای پس از دسته برای ایجاد تن‌ها محصول بسیار زمان‌بر است.»
رویکرد جدید چندین مزیت کلیدی را ارائه می‌دهد. اولاً، بازیابی و استفاده مجدد از کاتالیست را تسهیل می‌کند و منجر به صرفه‌جویی در هزینه و کاهش تأثیرات زیست‌محیطی می‌شود.
ثانیاً، فرآیندهای جریان پیوسته کنترل بهتری بر روی شرایط واکنش ارائه می‌دهند، که موجب مدیریت بهتر کیفیت و بازده محصول می‌شود.
تحقیقات و توسعه آینده
پژوهشگران نقاط کلیدی برای توسعه و بهینه‌سازی بیشتر فرآیند را شناسایی کرده‌اند.
آن‌ها به طور فعال در حال کار بر روی بهبود عمر کاتالیست و بازتولید، به ویژه برای کاتالیست سدیم بر روی آلومینا هستند.
پروفسور هارتویگ گفت: «ما همچنین نیاز به کار بر روی پیکربندی‌های راکتور برای افزایش مقیاس و یادگیری بیشتر در مورد تأثیر افزودنی‌ها و ناخالصی‌ها داریم.»
در حالی که چالش‌هایی باقی می‌ماند، از جمله تأثیر برخی از افزودنی‌های پلاستیکی و نیاز به افزایش بیشتر مقیاس، این پیشرفت یک گام مهم به سوی آینده‌ای پایدارتر برای مدیریت زباله‌های پلاستیکی است.
