Naukowcy przekształcili plastikowe odpady w mydło

Co ma ze sobą wspólnego plastik i mydło? Niewiele, przynajmniej jeśli chodzi o teksturę, wygląd i, co najważniejsze, sposób użycia. Istnieje jednak zaskakujące powiązanie między nimi na poziomie molekularnym. Struktura chemiczna polietylenu – jednego z najczęściej stosowanych obecnie tworzyw sztucznych na świecie – jest uderzająco podobna do struktury kwasu tłuszczowego, który jest wykorzystywany do produkcji mydła. Obydwa materiały składają się z długich łańcuchów węglowych, ale kwasy tłuszczowe mają dodatkową grupę atomów na końcu łańcucha.

Naukowcy już wcześniej sądzili, że jest możliwe przekształcenie polietylenu w kwasy tłuszczowe – i po kilku dodatkowych etapach procesu – wytworzenie mydła. Wyzwanie polegało na tym, jak podzielić długi łańcuch polietylenowy na wiele krótkich łańcuchów, ale niezbyt krótkich, i jak zrobić to efektywnie. I taką metodę opracowali naukowcy z Virginia Tech College of Science.

Rezultaty i opis badań ukazał się na łamach pisma "Science (DOI: 10.1126/science.adh0993).

Guoliang Liu, profesor chemii w Virginia Tech College of Science, zainspirował się spalaniem drewna w jego kominku. - Drewno opałowe składa się głównie z polimerów, takich jak celuloza. Spalanie drewna powoduje rozbicie tych polimerów na krótkie łańcuchy, a następnie na małe cząsteczki gazowe przed całkowitym utlenieniem do dwutlenku węgla – powiedział Liu. - Jeśli w podobny sposób rozbijemy syntetyczny polietylen, ale zatrzymamy proces, zanim rozpadnie się na małe cząsteczki gazowe, powinniśmy otrzymać właśnie krótkie łańcuchy – dodał.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Liu wraz ze współpracownikami zbudował w swoim laboratorium mały reaktor przypominający piekarnik, w którym mógł podgrzewać polietylen w procesie zwanym termolizą z gradientem temperatury. Konstrukcja pieca pozwalała rozerwać łańcuchy polimeru i przerwać ten proces, zanim zajdzie za daleko. Po pierwszych testach uczeni zebrali pozostałości po spalaniu i odkryli, że przeczucie Liu było słuszne. Pozostałości przypominające sadzę składały się z "polietylenu o krótkim łańcuchu".

Był to pierwszy krok w opracowaniu metody recyklingu tworzyw sztucznych w mydło. Po dodaniu kilku kolejnych etapów, w tym zmydlania, zespół wyprodukował pierwsze na świecie mydło z tworzyw sztucznych.

- Nasze badania wskazują nową drogę upcyklingu tworzyw sztucznych bez stosowania nowatorskich katalizatorów i skomplikowanych procedur – powiedział Zhen Xu, współautor publikacji.

Chociaż tworzywem sztucznym, które zainspirowało ten projekt, był polietylen, metoda upcyklingu może również sprawdzić się w przypadku innego rodzaju tworzywa sztucznego, zwanego polipropylenem. Te dwa materiały stanowią większość tworzyw sztucznych, z którymi konsumenci spotykają się na co dzień – od opakowań produktów, przez pojemniki na żywność, po tkaniny.

Jedną z ekscytujących cech nowej metody upcyklingu jest to, że można ją zastosować na obu tworzywach sztucznych jednocześnie, co oznacza, że nie ma konieczności oddzielania ich od siebie. Jest to główna zaleta w porównaniu z niektórymi obecnie stosowanymi metodami recyklingu, które wymagają starannego sortowania tworzyw sztucznych, aby uniknąć zanieczyszczenia. Proces sortowania może być dość trudny ze względu na podobieństwo obu tworzyw sztucznych do siebie.

Kolejną zaletą techniki upcyklingu są bardzo proste wymagania: plastik i ciepło. Chociaż późniejsze etapy procesu wymagają dodatkowych składników w celu przekształcenia uzyskanych cząsteczek w kwasy tłuszczowe i mydło, początkowa przemiana tworzywa sztucznego jest prostą reakcją. Wpływa to na opłacalność tej metody, a także jej stosunkowo niewielki wpływ na środowisko.

Badania te kładą podwaliny pod nowy sposób ograniczenia ilości odpadów poprzez wykorzystanie zużytych tworzyw sztucznych do produkcji innych przydatnych materiałów. Liu ma nadzieję, że z czasem przedsiębiorstwa zajmujące się recyklingiem na całym świecie zaczną stosować opracowaną przez jego zespół technikę.

Źródło: Virginia Tech