Gündem

Yenilenebilir yağlardan yapılan yüksek performanslı plastik, tasarım gereği kimyasal olarak geri dönüştürülebilir

0

Çöp sahalarında ve okyanuslarda biriken plastiğin keskin görüntüleri, kullanımının yeniden değerlendirilmesine yol açtı. Plastik üretimi yalnızca ham petrol kaynaklarını tüketmekle kalmaz, aynı zamanda plastiklerin çoğu etkin bir şekilde geri dönüştürülmez ve çevreyi kirleten maddelerdir. Pek çok plastik türü vardır, ancak hepsi polimer içerir. Plastik problemini çözmek birçok farklı yaklaşım gerektirecektir, ancak temelde plastiklerin polimer kimyası sürdürülebilirliklerini iyileştirmek için yeniden tasarlanmalıdır.1. Ana hedefler, plastik yapmak için kullanılan hammaddeleri fosil yakıtların ötesinde çeşitlendirmektir; yapılarına gömülü enerjiyi ve değerli kaynakları korumak; çoklu geri dönüşüm döngüleri aracılığıyla yararlı özelliklerini tam olarak korumak; ve gerektiğinde moleküler yapısı tamamen sökülebilen plastikler tasarlamak24. Yazma Doğa, Häussler ve diğerleri.5 tüm bu kriterleri karşılama potansiyeline sahip bir plastiği bildirin.

Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE), uzun, düz polietilen zincirleri içeren, yaygın olarak kullanılan bir plastiktir – tekrarlanan CH’den oluşan bir polimer2CH2 birimleri. HDPE kristalize edildiğinde, elektrik izolatörleri, borular ve deterjan şişeleri gibi çeşitli uygulamalar için mükemmel özelliklere sahiptir. HDPE, eritilerek ve yeniden işlenerek düzenli olarak mekanik olarak geri dönüştürülür6 (Şekil 1a). Bununla birlikte, mevcut plastik atık yönetimi etkisizdir. ABD Çevre Koruma Ajansı, 2018’de tüm plastiklerin% 10’undan daha azının ve HDPE şişelerin yalnızca% 30’unun karışık plastik atık akışlarından geri kazanıldığını ve geri dönüştürüldüğünü tespit etti (bkz. Go.nature.com/3jw8meq). Mekanik geri dönüşüm, her bir geri dönüşüm turundan sonra daha düşük malzemeler de sağlayabilir ve HDPE söz konusu olduğunda, geri dönüştürülmüş ürünlerin kristalliğini kontrol etmek zor olabilir.7,8.

incir 1

Şekil 1 | Yüksek yoğunluklu polietilenin (HDPE) yeniden tasarlanması. a, Ticari HDPE, yenilenemeyen petrol bazlı monomerlerden oluşan, kimyasal olarak inert bir polimerden oluşan yaygın olarak kullanılan bir plastiktir. Mekanik olarak geri dönüştürülebilse de (eritilerek ve yeniden işlenerek), bu, malzemenin performansında bir azalmaya yol açabilir. b, Häussler ve al.5 HDPE ile karşılaştırılabilir özelliklere sahip olan ancak yenilenebilir bitkilerden veya mikroalglerden türetilmiş monomerlerden oluşan bir plastiği rapor edin. Monomerlerin her iki ucunda, ortaya çıkan polimer zincirlerinde “kırılma noktaları” oluşturan kimyasal gruplar bulunur. Bu kırılma noktaları, polimerin kimyasal olarak monomerlerine geri dönüştürülmesine izin verir ve bu daha sonra plastiği yeniden yapmak için kullanılabilir. Yazarlar, plastikten cep telefonu kılıfı gibi çeşitli nesneler yapıyor ve plastiğin özelliklerinin her geri dönüşüm döngüsünden sonra bozulmadığını gösteriyor.

Mekanik geri dönüşüme bir alternatif, uzun zincirli polimerlerin orijinal olarak bunları yapmak için kullanılan aynı moleküler yapı bloklarını (monomerler) üretmek için kullanıldıktan sonra yeniden yapılandırıldığı kimyasal geri dönüşümdür (kapalı döngü geri dönüşümü olarak da bilinir). Bu yaklaşımın avantajı, bu monomerlerin, orijinal ile aynı yüksek performansa ve özelliklere sahip malzemeler üretmek için tekrar tekrar yeniden polimerize edilebilmesidir. Ne yazık ki, böyle bir strateji YYPE için etkisizdir çünkü karbon-karbon bağlarını kırmak için çok fazla enerji gerekir. Bu bağların gücü ayrıca polietilenin çevresel kalıcılığını ve enzim bozunmasına karşı tepkisini de açıklar.

Häussler et al. şimdi HDPE’nin temel özelliklerinin birçoğuna sahip olan, ancak aynı zamanda tamamen kapalı döngü geri dönüşümü için tasarlanmış plastikleri rapor edin. Yazarlar, bitkilerden veya mikroalglerden türetilen yağları yüksek moleküler ağırlıklara sahip polimerlere dönüştürmek için yüksek verimli kimya (% 95’ten fazla reaksiyon verimi) geliştirdiler. Polimer zincirleri, düzenli olarak yerleştirilmiş karbonat veya ester bağlantılarının küçük bir kısmını içerir (Şekil 1b). Su veya yaygın alkoller ile iyi bilinen ‘solvoliz’ reaksiyonları daha sonra tüm polimer zincirlerini tamamen parçalamak için kullanılabilir, bu da monomerlerin neredeyse tamamen geri kazanılmasını (% 96) ve kapalı döngü geri dönüşümünü sağlar. Yazarlar, monomerlerin solvoliz reaksiyonlarından izole edilmesinin basit olduğunu ve monomerlerin orijinal plastiğin özelliklerini koruyan malzemeler üretmek için başarıyla yeniden polimerize edilebileceğini bildiriyorlar.

Bu çalışmanın temel ilerlemesi, sürdürülebilir polimerler alanında sorun yaratan birçok uzun süredir devam eden ve zor sorunu aynı anda çözmesidir. Häußler ile aynı gruptan araştırmacılar ve diğerleri. birkaç on yıldır, doğal yağları yararlı monomerlere dönüştürmek için kullanılan kimyaya öncülük etmiştir.9. Yazarlar, monomerlerin uçlarına kimyasal grupları seçici bir şekilde yerleştirmek için yüksek verimli kataliz (reaksiyon verimi% 80-90) kullanır; bu gruplar, polimerlerdeki istenen “kırılma noktalarının” temelini oluşturur. Monomerler daha sonra iyi bilinen yöntemler kullanılarak polimerize edilir. Yazarlar, polimerizasyon reaksiyonunda belirli bir ko-monomer (dietil karbonat) kullanmanın, yüksek moleküler ağırlıklı polimerlerin oluşumunu mümkün kıldığını bulmuşlardır. Bu, HDPE’nin termal, mekanik ve işleme özelliklerine uygun bir plastik yapmak için gereklidir.

Häußler ve meslektaşları, yeni plastiğin enjeksiyonlu kalıplama ve 3D baskı gibi yaygın endüstriyel teknikler kullanılarak işlenebileceğini ve renklendiriciler veya karbon elyafları (polimerleri güçlendirmek için yaygın olarak katkı maddesi olarak kullanılır) içerebileceğini gösterdi. Ayrıca, yeni plastiğin solvolizinin, içecek şişelerinde yaygın olarak kullanılan ve aynı zamanda solvoliz yoluyla kimyasal geri dönüşüm için bir aday olan ticari polietilen tereftalat (PET) gibi geleneksel plastiklerle karıştırıldığında seçici olarak gerçekleştiğini de göstermektedir. Bu kavram kanıtı sonucu, yeni plastiğin seçici bir şekilde geri dönüşümünün gelecekte mümkün olabileceğine işaret ediyor.

Bulgular büyük umut vaat etse de, bunun hala erken aşamada, temel araştırma olduğunu kabul etmek önemlidir. Polimerden polimere geri dönüşüm, yalnızca 20 gramlık yeni malzeme için kanıtlanmıştır ve bunu endüstriyel ölçekli süreçlere ve ürünlere dönüştürmek için çok çalışma yapılması gerekecektir. Biyokütleden türetilmiş monomerleri büyük ölçeklerde üretmenin yollarını bulmak ve plastiği yapmak, şekillendirmek ve geri dönüştürmek için endüstriyel süreçlerin geliştirilmesi dahil olmak üzere, polimerin yaşam döngüsünün diğer bölümlerinde çözülmesi gereken önemli mühendislik zorlukları devam ediyor.

Dahası, ekonomik kaygılar bu çabaları gölgede bırakmaktadır. HDPE gibi endüstride kullanılan plastikler multimilyon tonluk ölçekte üretilir ve genellikle kilogram başına 1-3 ABD Doları olarak satılır. Yeni bir plastiğin hemen maliyet açısından rekabetçi olmasını beklemek mantıksız olurdu, ancak bu tür fiyat sorunları yeni plastiklerin piyasaya sürülmesini oldukça zorlaştırıyor.

Yeni plastiğin mevcut atık yönetim sistemleriyle ne kadar iyi entegre olduğuna dair soruların da yanıtlanması gerekiyor – HDPE’nin yerini alacaksa, atık plastikleri birden fazla tesis ve coğrafyada ayırmak için kullanılan tüm yöntemlerle uyumlu olduğu gösterilmelidir. Mevcut geri dönüşüm stratejilerinin çoğunun aksine, Häußler tarafından bildirilen kimyasal geri dönüşüm türü ve diğerleri. bir kimya tesisi gerektirir. Cesaret verici bir şekilde, bildirilen kimyaların endüstriyel yöntemlerle kullanım için çok uygun olduğu görülmektedir. Ayrıca, rapor edilen sistem, üreticilerin, tüketicilerin kullanımından sonra ürünlerindeki plastikler için sorumluluk almalarını gerektiren Avrupa mevzuatıyla tutarlı görünmektedir.

Häußler ve meslektaşlarının çalışmaları heyecan verici ve ilham vericidir çünkü yenilenebilir kaynaklardan türetilebilen, olağanüstü özelliklere sahip, büyük ölçekli üretim ve işleme teknikleriyle uyumlu ve tamamen geri dönüştürülebilir plastikler bulmak son derece zordur – çok az malzeme tüm bu kriterleri karşılar. Yazarların çalışması, bilimsel yeniliğin bir problemin tüm yönlerini tek tek bileşenlerden değil, nasıl çözebileceğinin mükemmel bir örneğidir. Sürdürülebilirlikte daha da büyük iyileştirmeler sağlamak için bir sonraki adım, mevcut çalışmada sunulan yaşam döngüsü değerlendirmelerine dayanmak olmalıdır. Daha genel olarak, toplum aynı zamanda üreticilerin eşdeğer yaşam döngüsü değerlendirmeleri ve halihazırda kullanılan plastiklerin tüm çevresel etkilerinin değerlendirmelerini sağlamalarını talep etmelidir, böylece değiştirmelerin öncelikleri netleşir.

Rekabet Finansal Çıkarlar

CKW, Econic Technologies’in direktörüdür.

Profesör

sanat ve fiziğin çarpıştığı bahçe stüdyosu

Previous article

Sevgili hibe ajansları: nerede yanlış yaptığımı söyle

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem