Исследователи сделали ключевой шаг к значительному расширению ассортимента пластика, который можно перерабатывать.
Ученые сделали ключевой шаг к значительному расширению ассортимента пластика, который можно перерабатывать. Исследование, проведенное под руководством Национальной лаборатории возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL) с участием преподавателя инженерного факультета Орегонского государственного университета (OSU), будет опубликовано сегодня (13 октября) в журнале. Наука.
Этот прорыв важен, потому что пластиковые отходы представляют собой серьезную проблему как во всем мире, так и в Соединенных Штатах. На самом деле, по данным NREL, в США перерабатывается только около 5% использованного пластика.
Упаковочные материалы, контейнеры и другие выброшенные предметы заполняют свалки и загрязняют окружающую среду невероятно быстрыми темпами. Согласно NREL, ученые подсчитали, что к 2050 году в океане будет больше пластика по весу, чем рыбы.
Сотрудничество, возглавляемое Греггом Бекхэмом из NREL и включающее Лукаса Эллиса, исследователя OSU, который был научным сотрудником NREL во время проекта, объединило химические и биологические процессы в доказательстве концепции для «повышения ценности» смешанных пластиковых отходов. Валоризировать означает повышать ценность чего-либо.
Исследование основано на использовании химического окисления для разрушения различных типов пластика — методе, который десять лет назад впервые применил гигант химической промышленности DuPont.
«Мы разработали технологию, в которой использовались кислород и катализаторы для расщепления пластика на более мелкие, биологически безопасные химические строительные блоки», — сказал Эллис, доцент кафедры химического машиностроения. «Оттуда мы использовали биологически сконструированный почвенный микроб, способный потреблять и «направлять» эти строительные блоки либо в биополимер, либо в компонент для передового производства нейлона».
Бекхэм, старший научный сотрудник NREL и глава отдела биооптимизированных технологий по предотвращению попадания термопластов на свалки и Консорциума по охране окружающей среды, известного как БУТЫЛКА, сказал, что работа обеспечивает «потенциальную точку входа в переработку пластмасс, которые вообще нельзя перерабатывать». Cегодня.”
Бекхэм объясняет, что современные технологии переработки могут работать эффективно только в том случае, если исходные материалы из пластика чистые и разделены по типам.
Пластмассы могут быть изготовлены из различных полимеров, каждый из которых имеет свои уникальные химические строительные блоки. Когда полимерные химические вещества смешиваются в сборном бункере или составляются вместе в определенных продуктах, таких как многослойная упаковка, переработка становится дорогостоящей и почти невозможной, поскольку полимеры часто должны быть разделены, прежде чем их можно будет переработать.
«Наша работа привела к созданию процесса, который может превращать смешанные пластмассы в единый химический продукт», — сказал Эллис. «Другими словами, это технология, которую переработчики могли бы использовать, не сортируя пластик по типу».
Ученые применили этот процесс к смеси трех распространенных пластиков:
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>полистирол[{“attribute=””>polystyrene, используется в одноразовых кофейных стаканчиках; полиэтилентерефталат, основа для ковров, полиэфирной одежды и одноразовых бутылок для напитков; и полиэтилен высокой плотности, используемый в молочных кувшинах и многих других потребительских пластмассах.
В процессе окисления пластик расщепляется на смесь соединений, включая бензойную
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>acid[{“attribute=””>acidтерефталевая кислота и дикарбоновые кислоты, которые в отсутствие искусственного почвенного микроба потребовали бы передовых и дорогостоящих разделений для получения чистых продуктов.
Исследователи сконструировали микроб, псевдомонас путидачтобы биологически превратить смесь в один из двух продуктов — полигидроксиалканоаты, новую форму биоразлагаемых биопластиков, и бета-кетоадипат, который можно использовать в производстве нейлона с улучшенными характеристиками.
По словам исследователей, в центре внимания предстоящей работы будет испытание процесса с другими типами пластмасс, включая полипропилен и поливинилхлорид.
«Процесс химического катализа, который мы использовали, — это всего лишь способ ускорить процесс, который происходит естественным образом, поэтому вместо того, чтобы разлагаться в течение нескольких сотен лет, вы можете разрушить эти пластмассы за часы или минуты», — сказал соавтор Кевин Салливан, докторант. научный сотрудник NREL.
Ссылка: «Валоризация смешанных пластиковых отходов путем тандемного химического окисления и биологической перегонки» 13 октября 2022 г., Наука.
DOI: 10.1126/science.abo4626
Финансирование было предоставлено Управлением передового производства Министерства энергетики США и Управлением биоэнергетических технологий, а работа выполнена в рамках консорциума BOTTLE.
Ученые из Массачусетского технологического института (г.
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>MIT[{“attribute=””>MIT), Университет Висконсин-Мэдисон и Окриджская национальная лаборатория также приняли участие в исследовании.
NREL является основной национальной лабораторией Министерства энергетики США по исследованиям и разработкам в области возобновляемых источников энергии и энергоэффективности. Он управляется для отдела Alliance for Sustainable Energy, LLC.
