Bæredygtighed

CRISPR-lignende redigering af polymerer kan ændre plastgenanvendelsen

mm
Udgivet den
Opdateret den
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Oplysning: Securities.io kan modtage betaling, når du bruger links til produkter, vi anmelder. Det påvirker ikke vores redaktionelle vurderinger. Vi er ikke registreret investeringsrådgiver; dette er ikke investeringsrådgivning. Læs vores affiliateoplysning.

Nye muligheder for plastgenanvendelse

Siden plast blev udbredt i industrien i 1960’erne, er materialet blevet allestedsnærværende i hverdagen. Plast er samtidig en betydelig kilde til forurening, især i form af mikroplast, som findes i både land- og havmiljøer.

Studier viser, at mikroplast kan nedsætte virkningen af visse antibiotika. Partikler er også fundet i menneskeligt væv og bliver indtaget af havdyr. Konsekvenserne for menneskers sundhed undersøges fortsat.

Der undersøges mange metoder til at håndtere eksisterende mikroplastforurening, herunder bæredygtighedsmål, giftfri, vandafvisende opløsningsmidler og genanvendelse af plast med lasere eller lysdrevet fotokatalyse.

Samtidig er virksomheder som ExxonMobil blevet sagsøgt på grund af udsagn om plastens genanvendelighed (XOM ).

Mange løsninger på plastforurening er dyre, hvilket hæmmer udbredelsen. En supplerende tilgang er at gøre plastaffald til råmateriale for produkter med højere værdi, så der skabes et stærkere økonomisk incitament til indsamling og behandling.

Forskere ved Oak Ridge National Laboratory har udviklet en metode, der kan opgradere plastaffald til materialer med højere ydeevne. Resultaterne blev offentliggjort i Journal of the American Chemical Society under titlen ”Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Paradigm for Upcycling”1.

Hvorfor er traditionel genanvendelse ikke nok?

Plast bliver allerede genanvendt, men processen er langt fra perfekt. Forskerne beskriver den almindelige mekaniske genanvendelse som ”smelt og håb på det bedste”.

For mange plasttyper nedbryder hver mekanisk genanvendelsescyklus polymerkæderne og kan forringe styrke, farve og levetid. Varme, oxidation, urenheder og blanding af forskellige materialer bidrager til nedbrydningen.

Mange plasttyper kan derfor kun genbruges et begrænset antal gange, før de ikke længere opfylder kravene og ender som affald.

Nogle plasttyper kan slet ikke genanvendes praktisk med denne metode og ender ofte i forbrænding eller på losseplads.

Internationale skøn viser, at kun en lille del af plastaffaldet genanvendes; det ofte citerede globale tal er omkring 9 procent.

Opgradering i stedet for almindelig genanvendelse

Ved opgraderende genanvendelse er målet at skabe et slutprodukt med højere værdi eller bedre egenskaber end udgangsmaterialet.

Metoden omarrangerer plastens polymerkæder på en kontrolleret måde. Den målrettede ”redigering” fik forskerne til at sammenligne tilgangen med CRISPR-genredigering. Sammenligningen er billedlig; den kemiske metode bruger ikke CRISPR.

Holdet arbejdede med materialer, der i dag genanvendes dårligt eller slet ikke. Det omfattede blødt polybutadien, som ofte bruges i dæk, og stærkt akrylnitril-butadien-styren (ABS), der findes i blandt andet legetøj, tastaturer, ventilationsrør, hjelme, bildele og husholdningsapparater.

”Med denne teknologi behandler vi en betydelig del af affaldsstrømmen. Alene bevarelsen af masse og energi fra materialer, der i dag ender på lossepladser, kan få stor betydning.”

Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow

Processen har høj ”atomøkonomi”, hvilket betyder, at en stor del af reaktanternes atomer indgår i slutproduktet. Det er dog ikke i sig selv et fuldstændigt mål for energiforbrug eller miljøpåvirkning.

Sådan fungerer metoden

For at fremstille stærke polymerer af affald udviklede forskerne først et tilsætningsstof, der blandes i den eksisterende plast.

Til fremstillingen blev polybutadien og ABS findelt og opløst i dichlormethan. Reaktionen foregik ved 40 °C og var færdig på under to timer.

Reaktionen krævede også en katalysator, og holdet anvendte en rutheniumforbindelse. Rutheniumkatalysatorer bruges i metatesereaktioner og andre kemiske omdannelser, også af visse biomassebaserede råvarer.

Forenklet sagt hjælper rutheniumkatalysatoren med at omarrangere dele af kæderne, så der dannes længere eller anderledes polymerer. Katalysatoren bliver ikke selv en byggesten i produktet.

Metatese omarrangerer kulstof-kulstof-dobbeltbindinger, så molekylære segmenter udveksles, og nye kæder kan dannes.

Den ene del af metoden, ringåbningsmetatesepolymerisation, åbner ringformede molekyler og danner lange polymerkæder. Den anden del, krydsmetatese, udveksler segmenter mellem forskellige kæder.

Arbejdet var tværfagligt: Nogle forskere optimerede polymerisationen, andre fulgte reaktionerne i realtid med kernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR), og en tredje gruppe testede slutmaterialernes mekaniske og termiske egenskaber.

Stærke laboratorieresultater

Forskerne ved Oak Ridge National Laboratory viste i laboratorieskala, at processen kan indarbejde affaldsmateriale uden at forringe polymerens kvalitet. Påstande om lavere energiforbrug og emissioner kræver dog en fuld livscyklusvurdering i større skala.

Den opgraderede plast viste gode termiske og mekaniske egenskaber i forsøgene. Om den er bedre, afhænger af sammensætning og anvendelse, og resultatet er ikke påvist for alle affaldsstrømme eller i industriel skala.

Næste skridt for opgradering af plast

Udvidelse til andre plasttyper

Metoden er påvist for bestemte polymerer og kan muligvis tilpasses andre materialer med egnede reaktive grupper. Det er også vigtigt at erstatte dichlormethan med et sikrere og mere miljøvenligt opløsningsmiddel.

”Visionen er, at konceptet kan udvides til enhver polymer, som har en funktionel gruppe i hovedkæden, der kan reagere.

Hvis metoden skaleres op og udvides med andre tilsætningsstoffer, kan flere affaldsklasser blive kilder til molekylære byggesten, hvilket kan reducere miljøpåvirkningen fra vanskeligt behandlelige plasttyper markant.”

Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow

Processens økonomi er stadig uklar. Den relativt lave temperatur og korte reaktionstid er positive faktorer, men omkostningerne til katalysator, opløsningsmiddel, genvinding og skalering skal vurderes.

Anvendelser ud over plast

Kemien kan muligvis undersøges til behandling af andre materialer end plast.

Forskerne ser et særligt potentiale i hærdeplast, som blandt andet omfatter epoxyharpikser, vulkaniseret gummi, polyurethan og silikone.

Hærdeplast kan ikke smeltes og omformes efter hærdning, hvilket gør genanvendelsen vanskelig.

Metoden retter sig mod den tværbundne molekylære struktur og kan derfor i princippet tilpasses tilsvarende bindinger i hærdeplast.

Da repolymeriseringen kan styres, kan slutmaterialets egenskaber muligvis tilpasses. Afhængigt af sammensætningen kan produktet blive blødere og mere elastisk eller lettere at forme og hærde. Mulighederne skal bekræftes for hvert materiale og hver anvendelse.

Konklusion

Opgraderende genanvendelse er en lovende mulighed, fordi den kan skabe produkter med højere værdi. Om metoden kan løfte den globale genanvendelsesgrad væsentligt, afhænger dog af omkostninger, skalering, indsamling og efterspørgsel.

Mindre plastforbrug, fjernelse af mikroplast, udvikling af bioplast — se ”5 førende bioplastvirksomheder” — og opgraderende genanvendelse kan alle indgå i en bredere løsning.

Sammen med forebyggelse og genbrug kan de understøtte en cirkulær økonomi, der bruger færre ressourcer og forurener mindre.

Genanvendelsesvirksomhed

PureCycle Technologies

PCT Prisdiagram

PureCycle er en genanvendelsesvirksomhed med fokus på polypropylen (PP), som vil omdanne PP-affald til genanvendt harpiks med høj renhed.

Virksomheden har udviklet en egen proces til rensning af PP-affald for polyethylen, faste stoffer, pigmenter og andre urenheder.

Ekstraktionsprocessen adskiller sig fra almindelig mekanisk behandling, hvor lugt, farve eller urenheder kan begrænse anvendelsen af genanvendt PP. Kvaliteten afhænger af råvaren og behandlingsanlægget.

Kemisk genanvendelse er en anden mulighed, men energiforbrug, emissioner og omkostninger varierer betydeligt mellem teknologier og anlæg.

PureCycle oplyser, at harpiksen har modtaget no-objection-breve fra FDA til bestemte anvendelser med fødevarekontakt på nærmere angivne vilkår. Målmarkederne omfatter fibre, emballagefilm, sprøjtestøbte emballager og plastdele til biler.

Ifølge en livscyklusvurdering, som virksomheden henviser til, kan processen bruge cirka 79 procent mindre energi og udlede cirka 35 procent færre drivhusgasser end produktion af ny PP. Resultaterne afhænger af antagelserne og anlæggets faktiske drift.

Virksomheden byggede et pelletanlæg i Ironton, Ohio, og meddelte den første produktion i juni 2023 som led i kommercialiseringen.

PureCycle har også offentliggjort planer om anlæg i Nordamerika og Europa samt et asiatisk samarbejde med SK geo centric. Målet om en årlig kapacitet på 630 millioner pund i 2027 var en virksomhedsplan, ikke et garanteret resultat.

Virksomheden oplyste, at Ironton producerede 3,5 millioner pund pellets i tredje kvartal 2024, omtrent tre gange så meget som kvartalet før, og rapporterede forbedringer i visse kvalitetsmål.

PureCycle giver investorer eksponering mod en særlig PP-rensningsteknologi, men skalering, finansiering, anlæggets driftssikkerhed, efterspørgsel og konkurrence indebærer væsentlige risici. Omtalen er ikke en investeringsanbefaling.

Studiehenvisning:

1. Jeffrey C. Foster, et al. (2024). Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Paradigm for Upcycling. Journal of the American Chemical Society, 146(48), 33084–33092. DOI: 10.1021/jacs.4c10588 

mm

Jonathan er en tidligere biokemisk forsker, der arbejdede med genetisk analyse og kliniske forsøg. Han er nu aktieanalytiker og finansskribent med fokus på innovation, markedscyklusser og geopolitik i sin publikation 'The Eurasian Century'.