Z tworzywami sztucznymi doszliśmy do ściany. Nagle pojawił się nowy pomysł

Opracowany właśnie proces umożliwia rozkład polietylenowych i polipropylenowych plastików na ich podstawowe składniki, co może pozwolić na przetwarzanie zużytych plastikowych przedmiotów w nowe produkty o właściwościach zbliżonych do tych, jakie mają ich odpowiedniki wyprodukowane ze “świeżego” surowca. Choć badacze przyznają, że jest wciąż do pokonania kilka technicznych przeszkód na drodze do szerokiego stosowania ich metody, mają nadzieję, że to odkrycie stanowi istotny krok w kierunku prawdziwie zamkniętego obiegu plastiku.

Plastikowy problem zasypał świat

Od lat 50. XX wieku na wysypiska trafiło około 5 miliardów ton plastiku. Zaledwie 9 proc. z tych śmieci zostało następnie poddanych recyklingowi. Obecne metody recyklingu sprawiają, że plastik ulega degradacji z każdym cyklem, co ostatecznie prowadzi do tego, że po kilkukrotnym przetworzeniu, materiał trafia na wysypisko, bo nie nadaje się już do praktycznego zastosowania.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, pod kierownictwem Johna Hartwiga, opracowali wcześniej proces rozkładu odpadów plastikowych na ich podstawowe składniki. Tamten proces był jednak trudny w zastosowaniu na szeroką skalę, ponieważ opierał się na kosztownych katalizatorach, stworzonych z rzadkich metali takich, jak iryd, ruten i pallad, które zużywały się podczas przetwarzania odpadów. Hartwig przyznaje, że choć technika była „w porządku do celów akademickich, to jednak nie była wystarczająco praktyczna, aby mogła stać się podstawą do wdrożenia przemysłowego.”

Teraz zespół badacza opracował ulepszony proces, który można zastosować do przetworzenia zarówno polietylenu, z którego wykonuje się większość plastikowych torebek, jak i na polipropylenu, stosowanym do produkcji twardszych przedmiotów. Proces ten opiera się na katalizatorach, które są tak powszechne, że można je uznać za „zwykły brud” – jak określa to Hartwig w rozmowie z magazynem “New Scientist”. Oznacza to, że koszt całego procesu i poziom skomplikowania, przed jakim staną inżynierowie projektujący nowe zakłady przetwarzania plastikowych odpadów drastycznie spadną, co powinno ułatwić zastosowanie go na szeroką skalę.

Jak skutecznie recyklingować plastik

Plastiki składają się z dużych cząsteczek zwanych polimerami. Długich łańcuchów, które są zbudowane z mniejszych jednostek zwanych monomerami. Katalizatory rozbijają wiązania chemiczne polimerów, przekształcając je w gazowe monomery, które można ponownie złożyć w stanowiące nowe tworzywa sztuczne łańcuchy o właściwościach równych tworzywom zbudowanym z surowców, które nigdy nie były poddane recyklingowi.

W eksperymentach zespół użył dwóch katalizatorów – jednego, złożonego z sodu i tlenku glinu oraz drugiego, wykorzystującego tlenek wolframu i krzemionkę – aby przekształcić mieszankę polietylenu i polipropylenu w monomery propylenu i izobutylenu z efektywnością prawie 90 procent. Wszystkie z wyjątkiem wolframu materiały wykorzystywane w katalizatorach są powszechne w całej skorupie Ziemskiej. Glin to piąty, a sód jedenasty najpowszechniej występujący w skałach pierwiastek.

Co ważne, proces rozwiązuje też inny niezwykle istotny problem, przed jakim stoją zakłady recyklingu plastiku. Ponowne przetwarzanie tworzyw sztucznych jest utrudnione, bo wiele plastikowych przedmiotów zawiera tysiące dodatków, takich jak barwniki, środki zmniejszające palność i plastyfikatory, które mogą stanowić nawet jedną trzecią produktu końcowego i zanieczyszczać materiał po recyklingu. To utrudnia odzyskanie z nich czystego surowca. Nowy proces może wyeliminować ten problem, bo “wyparowanie” plastiku – rozłożenie go na gazowe monomery – usuwa z niego te dodatkowe substancje.

Hartwig podkreśla jednak, że przed naukowcami wciąż stoją wyzwania, gdyż dotychczasowe testy procesu obejmowały plastiki zawierające jedynie niewielką liczbę typowych domieszek. „Istnieją dodatki, które mogą zatruwać lub hamować działanie katalizatora” mówi. „Musimy albo znaleźć sposób na ich oddzielenie, co może nie być optymalne, albo opracować inne struktury katalizatorów lub ich składy, które będą bardziej odporne na działanie tych dodatków. To wciąż spore wyzwanie.”

Recykling przyszłości to nowa metoda rozkładu

Wyzwaniem może być także problem utylizacji produktów ubocznych całego procesu, czyli domieszek i samych katalizatorów. Niektóre z nich mogą być toksyczne, w związku z czym konieczne będzie opracowanie bezpiecznych dla środowiska technik ich składowania i usuwania ze środowiska. Badacze podkreślają też, że nawet jeśli uda się wprowadzić do szerokiego zastosowania nową, skuteczniejszą metodę rozkładania plastiku na czynniki pierwsze, nie powinno to stanowić usprawiedliwienia dla dalszego zwiększania czy utrzymywania na obecnym poziomie jednorazowych i zbędnych produktów z tworzyw sztucznych.

Niemniej jednak, odkrycie to otwiera drzwi do przyszłości, w której plastikowe odpady mogą być poddawane recyklingowi w sposób naprawdę zrównoważony, zmniejszając tym samym ich wpływ na środowisko. Zamiast wciąż produkować tworzywa sztuczne – których podstawowym surowcem są paliwa kopalne takie, jak ropa naftowa czy gaz ziemny – moglibyśmy po prostu wykorzystywać ponownie te tworzywa, które już zostały wyprodukowane. Dziś każdego roku na świecie produkuje się około 400 mln ton plastiku rocznie, a według niektórych prognoz do 2060 r. ta liczba może się nawet potroić. Oznaczałoby to, że w środowisku znalazłoby się łącznie niemal 34 mld ton odpadów z tworzyw sztucznych wyprodukowanych od lat 50.

Nowe podejście do recyklingu plastiku, polegające na rozkładaniu go na gazowe monomery za pomocą tanich i powszechnych katalizatorów daje szansę na zahamowanie tego procesu. Kluczowe jednak będzie także stworzenie efektywniejszych systemów gromadzenia i wychwytywania plastikowych odpadów, zanim te trafią do środowiska naturalnego i zmiana podejścia do stosowania przez nas plastikowych jednorazówek.