Tim predvođen istraživačima Virginia Tech-a razvio je novu metodu za preradu plastike u hemikalije visoke vrednosti poznate kao surfaktanti, koji se koriste za stvaranje sapuna, deterdženta i još mnogo toga. Rad je objavljen u časopisu Science.
Plastika i sapun obično imaju malo zajedničkog kada su u pitanju tekstura, izgled i, što je najvažnije, način na koji se koriste. Ali postoji iznenađujuća veza između njih na molekularnom nivou: hemijska struktura polietilena — jedne od najčešće korišćenih plastičnih masa na svetu danas — je upadljivo slična strukturi masne kiseline, koja se koristi kao hemijski prekursor za sapun . Oba materijala su napravljena od dugih ugljeničnih lanaca, ali masne kiseline imaju dodatnu grupu atoma na kraju lanca.
Guoliang „Greg“ Liu, vanredni profesor hemije na Virginia Tech College of Science, dugo je smatrao da ova sličnost implicira da bi trebalo biti moguće pretvoriti polietilen u masne kiseline – i uz nekoliko dodatnih koraka u procesu – za proizvodnju sapuna. Izazov je bio kako razbiti dugi polietilenski lanac na mnogo kratkih — ali ne prekratkih — lanaca i kako to učiniti efikasno. Liu je verovao da postoji potencijal za novu metodu recikliranja koja bi mogla da uzme plastični otpad male vrednosti i pretvori ga u visoko vrednu i korisnu robu.
Nakon što je neko vreme razmatrao ovo pitanje, Liu je bio pogođen inspiracijom dok je uživao u zimskoj večeri pored kamina. Gledao je kako se dim diže iz vatre i razmišljao o tome kako se dim sastoji od sitnih čestica koje nastaju tokom sagorevanja drveta. Iako plastiku nikada ne bi trebalo spaljivati u kaminu iz bezbednosnih i ekoloških razloga, Liu je počeo da se pita šta bi se desilo kada bi se polietilen spaljivao u bezbednom laboratorijskom okruženju.
Da li bi nepotpuno sagorevanje polietilena proizvelo „dim“ baš kao što to čini drvo? Ako bi neko uhvatio taj dim, od čega bi bio napravljen?
„Ogrevno drvo je uglavnom napravljeno od polimera kao što je celuloza. Sagorevanje ogrevnog drveta razbija ove polimere u kratke lance, a zatim u male gasovite molekule pre potpune oksidacije do ugljen-dioksida“, rekao je Liu, nosilac stipendije Blackvood Junior Faculti of Life Sciences u odeljenje za hemiju. „Ako na sličan način razbijemo sintetičke molekule polietilena, ali zaustavimo proces pre nego što se razbiju sve do malih gasovitih molekula, onda bi trebalo da dobijemo molekule nalik polietilenu kratkog lanca.
Uz pomoć Džen Ksua i Erika Munjaneze, dva dr. Studenti hemije u Liuovoj laboratoriji, Liu je napravio mali reaktor nalik pećnici gde su mogli da zagreju polietilen u procesu koji se zove termoliza sa gradijentom temperature.
Na dnu pećnica je na dovoljno visokoj temperaturi da razbije polimerne lance, a na vrhu je pećnica ohlađena na dovoljno nisku temperaturu da zaustavi svaki dalji raspad. Nakon termolize, sakupili su ostatke — slično čišćenju čađi iz dimnjaka — i otkrili da je Liuov predosećaj bio tačan: sastavljen je od „polietilena kratkog lanca“, tačnije od voska.
Ovo je bio prvi korak u razvoju metode za preradu plastike u sapun, rekao je Liu. Nakon dodavanja još nekoliko koraka, uključujući saponifikaciju, tim je napravio prvi sapun na svetu od plastike. Da bi nastavio proces, tim je angažovao pomoć stručnjaka za računarsko modeliranje, ekonomsku analizu i još mnogo toga.
Neki od ovih stručnjaka su upoznati sa timom kroz veze sa Institutom za inovacije makromolekula na Virginia Tech. Grupa je zajedno dokumentovala i usavršila proces upciclinga sve dok nije bio spreman da se podeli sa naučnom zajednicom.
„Naše istraživanje pokazuje novi put za recikliranje plastike bez upotrebe novih katalizatora ili složenih procedura. U ovom radu smo pokazali potencijal tandemske strategije za recikliranje plastike“, rekao je Ksu, glavni autor rada. „Ovo će prosvetliti ljude da u budućnosti razviju kreativnije dizajne postupaka upcicling-a.
Iako je polietilen bio plastika koja je inspirisala ovaj projekat, metoda upciclinga takođe može da funkcioniše na drugoj vrsti plastike poznatoj kao polipropilen. Ova dva materijala čine većinu plastike sa kojom se potrošači svakodnevno susreću, od pakovanja proizvoda preko kontejnera za hranu do tkanina. Jedna od uzbudljivih karakteristika Liuove nove metode upcicling-a je da se može koristiti na obe ove plastike odjednom, što znači da nije neophodno da ih razdvajate jedno od drugog. Ovo je velika prednost u odnosu na neke metode reciklaže koje se danas koriste, a koje zahtevaju pažljivo sortiranje plastike kako bi se izbegla kontaminacija. Taj proces sortiranja može biti prilično težak, zbog toga koliko su dve plastike slične jedna drugoj.
Još jedna prednost upcicling tehnike je da ima veoma jednostavne zahteve: plastiku i toplotu. Iako kasniji koraci u procesu zahtevaju neke dodatne sastojke za pretvaranje molekula voska u masne kiseline i sapun, početna transformacija plastike je jednostavna reakcija. Ovo doprinosi isplativosti metode kao i njenom relativno malom uticaju na životnu sredinu.
Da bi recikliranje bilo efikasno u velikim razmerama, konačni proizvod mora biti dovoljno vredan da pokrije troškove procesa i učini ga ekonomski privlačnijim od alternativnih opcija reciklaže.
Iako sapuni u početku možda ne izgledaju kao posebno skupa roba, oni zapravo mogu da vrede dvostruko ili trostruko više od cene plastike kada se uporede po težini. Trenutno, prosečna cena sapuna i deterdženta iznosi oko 3.550 dolara po metričkoj toni, a polietilena oko 1.150 dolara po metričkoj toni. Štaviše, potražnja za sapunima i srodnim proizvodima je uporediva sa potražnjom za plastikom.
Ovo istraživanje postavlja temelje za novi način smanjenja otpada kanalisanjem korišćene plastike u proizvodnju drugih korisnih materijala, rekao je Liu. Vremenom se nada da će postrojenja za reciklažu širom sveta početi da primenjuju ovu tehniku. Ako je tako, onda potrošači mogu očekivati da će jednog dana imati priliku da kupe revolucionarne održive proizvode sapuna koji takođe dovode do smanjenja plastičnog otpada na deponijama.
Iz tog razloga, pretvaranje plastike u sapune može se pokazati kao ekonomski održivo, dodao je Liu, koji je takođe član fakulteta nanonaučnog programa, deo Akademije integrisanih nauka Fakulteta nauka, kao i Odeljenja za nauku o materijalima i Inženjering na Virginia Tech College of Engineering.
„Trebalo bi shvatiti da je zagađenje plastikom globalni izazov, a ne problem nekoliko mejnstrim zemalja. U poređenju sa sofisticiranim procesom i složenim katalizatorom ili reagensom, jednostavan proces može biti pristupačniji mnogim drugim zemljama širom sveta“, rekao je Ksu. „Nadam se da ovo može biti dobar početak za borbu protiv plastičnog zagađenja.
Istraživači sa Departmana za hemijsko inženjerstvo takođe su bili deo ovog projekta i nastalog istraživačkog rada.
