Βιωσιμότητα
Η επεξεργασία πολυμερών με προσέγγιση τύπου CRISPR θα μπορούσε να μεταμορφώσει την ανακύκλωση
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Αποκάλυψη της Ανακύκλωσης Πλαστικών
Από την ευρεία υιοθέτησή τους από τη βιομηχανία τη δεκαετία του 1960, τα πλαστικά έχουν γίνει πανταχού παρόντα στην καθημερινή ζωή. Αποτελούν όμως και σημαντική πηγή ρύπανσης, ιδίως μέσω των μικροπλαστικών, των μικροσκοπικών θραυσμάτων που εντοπίζονται σε χερσαία και θαλάσσια οικοσυστήματα.
Μελέτες έχουν συνδέσει τα μικροπλαστικά με μειωμένη αποτελεσματικότητα ορισμένων αντιβιοτικών, ενώ σωματίδια έχουν εντοπιστεί σε ανθρώπινους ιστούς και καταναλώνονται από θαλάσσια ζώα. Οι επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία εξακολουθούν να μελετώνται.
Εξετάζονται πολλές στρατηγικές για την ήδη υπάρχουσα ρύπανση, όπως η υιοθέτηση δεικτών βιωσιμότητας, η χρήση μη τοξικών υδρόφοβων διαλυτών και η επαναξιοποίηση πλαστικών με λέιζερ ή με φωτοκατάλυση που ενεργοποιείται από το φως.
Meanwhile, εταιρείες όπως η ExxonMobil αντιμετωπίζουν αγωγές λόγω του χαμηλού ποσοστού ανακύκλωσης του πλαστικού που παράγεται με πετρέλαιο (XOM ).
Πολλές λύσεις για την πλαστική ρύπανση είναι ακριβές, γεγονός που δυσκολεύει την εφαρμογή τους σε μεγάλη κλίμακα. Μια συμπληρωματική προσέγγιση είναι η μετατροπή των αποβλήτων σε πρώτη ύλη για προϊόντα μεγαλύτερης αξίας, ώστε να ενισχυθεί το οικονομικό κίνητρο για συλλογή και επεξεργασία.
Σε αυτό εργάστηκαν ερευνητές του Oak Ridge National Laboratory. Ανέπτυξαν μια μέθοδο αναβαθμιστικής ανακύκλωσης πλαστικών αποβλήτων σε υλικά υψηλότερων επιδόσεων και δημοσίευσαν τα αποτελέσματα στο Journal of the American Chemical Society με τίτλο «Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Paradigm for Upcycling»1.
Γιατί δεν αρκεί η παραδοσιακή ανακύκλωση;
Τα πλαστικά ήδη ανακυκλώνονται, αλλά η διαδικασία απέχει πολύ από το ιδανικό. Οι ερευνητές περιγράφουν τη συμβατική μηχανική ανακύκλωση ως «τήξη και ελπίδα για το καλύτερο».
Σε πολλούς τύπους πλαστικού, κάθε κύκλος μηχανικής ανακύκλωσης υποβαθμίζει τις πολυμερικές αλυσίδες και μπορεί να μειώσει την αντοχή, το χρώμα και τη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Η θερμότητα, η οξείδωση, οι προσμίξεις και η ανάμειξη διαφορετικών υλικών συμβάλλουν σε αυτή την υποβάθμιση.
Έτσι, πολλά πλαστικά μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν μόνο περιορισμένες φορές πριν πάψουν να πληρούν τις απαιτήσεις απόδοσης και καταλήξουν ως απόβλητα.
Ορισμένα είδη πλαστικού δεν μπορούν να υποστούν πρακτικά αυτή τη μέθοδο και συχνά οδηγούνται σε καύση ή ταφή.
Οι διεθνείς εκτιμήσεις δείχνουν ότι μόνο ένα μικρό μέρος των πλαστικών αποβλήτων ανακυκλώνεται· το συχνά αναφερόμενο παγκόσμιο ποσοστό είναι περίπου 9%.
Πηγή: PureCycle Technologies
Αναβάθμιση Αντί Ανακύκλωσης
Στην αναβαθμιστική ανακύκλωση, στόχος είναι το τελικό προϊόν να έχει μεγαλύτερη αξία ή καλύτερες ιδιότητες από την αρχική πρώτη ύλη.
Η συγκεκριμένη προσέγγιση αναδιατάσσει ελεγχόμενα τις πολυμερικές αλυσίδες του πλαστικού. Η στοχευμένη αυτή «επεξεργασία» της δομής οδήγησε τους ερευνητές σε μια αναλογία με το CRISPR, το εργαλείο γονιδιακής επεξεργασίας. Η σύγκριση είναι μεταφορική: η χημική μέθοδος δεν χρησιμοποιεί CRISPR.
Η ομάδα εργάστηκε με υλικά που σήμερα ανακυκλώνονται δύσκολα ή καθόλου. Σε αυτά περιλαμβάνονται το μαλακό πολυβουταδιένιο, που χρησιμοποιείται συχνά σε ελαστικά, και το ανθεκτικό ακρυλονιτρίλιο-βουταδιένιο-στυρένιο (ABS), το οποίο συναντάται σε παιχνίδια, πληκτρολόγια, σωλήνες εξαερισμού, προστατευτικά κράνη, εξαρτήματα οχημάτων και οικιακές συσκευές.
«Με αυτή την τεχνολογία αντιμετωπίζουμε ένα σημαντικό τμήμα της ροής αποβλήτων. Η διατήρηση της μάζας και της ενέργειας υλικών που σήμερα καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής θα μπορούσε από μόνη της να έχει μεγάλο αντίκτυπο».
Η διεργασία εμφανίζει υψηλή «οικονομία ατόμων», δηλαδή μεγάλο ποσοστό των ατόμων των αντιδρώντων ενσωματώνεται στο τελικό προϊόν. Αυτό δεν αποτελεί από μόνο του πλήρη μέτρηση της ενεργειακής κατανάλωσης ή του περιβαλλοντικού αποτυπώματος.
Πώς Λειτουργεί
Για να δημιουργήσουν ανθεκτικά πολυμερή από απόβλητα, οι ερευνητές παρασκεύασαν αρχικά ένα πρόσθετο που αναμειγνύεται με το υπάρχον πλαστικό.
Για την παραγωγή του πρόσθετου τεμάχισαν πολυβουταδιένιο και ABS και τα διέλυσαν σε διχλωρομεθάνιο. Η αντίδραση πραγματοποιήθηκε στους 40°C και ολοκληρώθηκε σε λιγότερο από δύο ώρες.
Η αντίδραση χρειαζόταν επίσης καταλύτη και η ομάδα χρησιμοποίησε ένωση ρουθηνίου. Καταλύτες ρουθηνίου χρησιμοποιούνται σε αντιδράσεις μετάθεσης και σε άλλες χημικές μετατροπές, μεταξύ άλλων για ορισμένες πρώτες ύλες βιομάζας.
Απλουστευμένα, ο καταλύτης ρουθηνίου διευκολύνει την ανακατανομή τμημάτων των αλυσίδων ώστε να σχηματιστούν μακρύτερα ή διαφορετικά πολυμερή· δεν καταναλώνεται ως δομικό μέρος του προϊόντος.
Η μετάθεση αναδιατάσσει τους διπλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα, ανταλλάσσοντας τμήματα μεταξύ μορίων και επιτρέποντας τον σχηματισμό νέων αλυσίδων.
Το ένα μέρος της μεθόδου, ο πολυμερισμός μετάθεσης με διάνοιξη δακτυλίου, ανοίγει κυκλικά μόρια και τα μετατρέπει σε μακριές πολυμερικές αλυσίδες. Ένα άλλο μέρος, η διασταυρούμενη μετάθεση, ανταλλάσσει τμήματα μεταξύ διαφορετικών αλυσίδων.
Πηγή: Sigma Aldrich
Η εργασία ήταν συνεργατική: ορισμένοι ερευνητές βελτιστοποίησαν τον πολυμερισμό, άλλοι παρακολούθησαν τις αντιδράσεις σε πραγματικό χρόνο με φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR), ενώ άλλη ομάδα δοκίμασε τις μηχανικές και θερμικές ιδιότητες των τελικών υλικών.
Ισχυρά Αποτελέσματα
Οι επιστήμονες του Oak Ridge National Laboratory έδειξαν σε εργαστηριακή κλίμακα ότι η διεργασία ενσωματώνει αποτελεσματικά απόβλητα χωρίς να υποβαθμίζει την ποιότητα του πολυμερούς. Οι ισχυρισμοί για χαμηλότερη ενέργεια και εκπομπές θα χρειαστούν πλήρη αξιολόγηση κύκλου ζωής σε μεγαλύτερη κλίμακα.
Το αναβαθμισμένο πλαστικό παρουσίασε ισχυρές θερμικές και μηχανικές επιδόσεις στις δοκιμές. Η υπεροχή του εξαρτάται από τη σύνθεση και την εφαρμογή και δεν έχει ακόμη αποδειχθεί για όλες τις ροές αποβλήτων ή σε βιομηχανική κλίμακα.
Τα Επόμενα Βήματα στην Αναβάθμιση Πλαστικών
Αναβάθμιση Όλων των Πλαστικών
Η μέθοδος έχει αποδειχθεί για συγκεκριμένα πολυμερή και ενδέχεται να προσαρμοστεί σε άλλες κατηγορίες που διαθέτουν κατάλληλες δραστικές ομάδες. Η αντικατάσταση του διχλωρομεθανίου με ασφαλέστερο και περιβαλλοντικά ηπιότερο διαλύτη αποτελεί επίσης σημαντικό στόχο.
«Το όραμα είναι να επεκταθεί η ιδέα σε κάθε πολυμερές που διαθέτει κάποια λειτουργική ομάδα στον κύριο σκελετό με την οποία μπορεί να γίνει αντίδραση.
Αν η μέθοδος κλιμακωθεί και επεκταθεί με άλλα πρόσθετα, ευρύτερες κατηγορίες αποβλήτων θα μπορούσαν να αποτελέσουν πηγή μοριακών δομικών μονάδων, μειώνοντας το περιβαλλοντικό αποτύπωμα πλαστικών που επεξεργάζονται δύσκολα».
Τα οικονομικά της διεργασίας παραμένουν ασαφή. Η σχετικά χαμηλή θερμοκρασία και ο σύντομος χρόνος αντίδρασης είναι θετικοί παράγοντες, αλλά το κόστος του καταλύτη, του διαλύτη, της ανάκτησης και της κλιμάκωσης πρέπει να αξιολογηθεί.
Πέρα από τα Πλαστικά
Η χημεία που εφαρμόστηκε στα πλαστικά θα μπορούσε να εξεταστεί και για άλλα υλικά.
Οι ερευνητές θεωρούν ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα την εφαρμογή σε θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή, κατηγορία που περιλαμβάνει εποξειδικές ρητίνες, βουλκανισμένο καουτσούκ, πολυουρεθάνη και σιλικόνη.
Τα θερμοσκληρυνόμενα υλικά δεν μπορούν να ξαναλιώσουν και να αναμορφωθούν μετά τη σκλήρυνση, γεγονός που δυσκολεύει την ανακύκλωσή τους.
Η μέθοδος στοχεύει τη διασταυρωμένη μοριακή δομή και, κατ’ αρχήν, θα μπορούσε να προσαρμοστεί σε αντίστοιχους δεσμούς θερμοσκληρυνόμενων υλικών.
Επειδή ο επαναπολυμερισμός μπορεί να ρυθμιστεί, οι ιδιότητες του τελικού υλικού μπορούν δυνητικά να προσαρμοστούν. Ανάλογα με τη σύνθεση, το προϊόν θα μπορούσε να είναι πιο μαλακό και ελαστικό ή ευκολότερο να μορφοποιηθεί και να σκληρυνθεί. Αυτές οι δυνατότητες χρειάζονται επιβεβαίωση ανά υλικό και εφαρμογή.
Συμπέρασμα
Η αναβαθμιστική ανακύκλωση είναι μια πολλά υποσχόμενη επιλογή για την αύξηση της αξιοποίησης πλαστικών, επειδή μπορεί να δημιουργήσει προϊόντα μεγαλύτερης αξίας. Το αν θα βελτιώσει ουσιαστικά τα παγκόσμια ποσοστά ανακύκλωσης θα εξαρτηθεί από το κόστος, την κλιμάκωση, τη συλλογή και τη ζήτηση.
Η μείωση της χρήσης πλαστικού, η απομάκρυνση μικροπλαστικών, η ανάπτυξη βιοπλαστικών —βλ. «5 κορυφαίες εταιρείες βιοπλαστικών»— και η αναβαθμιστική ανακύκλωση μπορούν να αποτελέσουν μέρη μιας ευρύτερης λύσης.
Σε συνδυασμό με την πρόληψη και την επαναχρησιμοποίηση, μπορούν να στηρίξουν μια κυκλική οικονομία που καταναλώνει λιγότερους πόρους και προκαλεί λιγότερη ρύπανση.
Εταιρεία Ανακύκλωσης
PureCycle Technologies
PCT Διάγραμμα τιμής
Η PureCycle είναι εταιρεία ανακύκλωσης που επικεντρώνεται στο πολυπροπυλένιο (PP), με στόχο τη μετατροπή αποβλήτων PP σε ανακυκλωμένη ρητίνη υψηλής καθαρότητας.
Η εταιρεία έχει αναπτύξει ιδιόκτητη διαδικασία καθαρισμού των αποβλήτων PP από πολυαιθυλένιο, στερεά κατάλοιπα, χρωστικές και άλλους ρύπους.
Πηγή: PureCycle Technologies
Η διαδικασία εκχύλισης διαφέρει από τη συμβατική μηχανική επεξεργασία, η οποία συχνά αφήνει οσμές, χρώμα ή προσμίξεις και μπορεί να περιορίζει τις εφαρμογές του ανακυκλωμένου PP. Η ποιότητα εξαρτάται από την πρώτη ύλη και τη γραμμή επεξεργασίας.
Η χημική ανακύκλωση είναι μια άλλη επιλογή, αλλά η ενεργειακή κατανάλωση, οι εκπομπές και το κόστος διαφέρουν σημαντικά ανά τεχνολογία και μονάδα.
Πηγή: PureCycle Technologies
Η PureCycle αναφέρει ότι η ρητίνη της έχει λάβει επιστολές μη αντίρρησης από τον FDA για ορισμένες χρήσεις επαφής με τρόφιμα, υπό συγκεκριμένες προϋποθέσεις. Στις αγορές-στόχους της περιλαμβάνονται ίνες, μεμβράνες συσκευασίας, προϊόντα χύτευσης με έγχυση και πλαστικά αυτοκινήτων.
Σύμφωνα με αξιολόγηση κύκλου ζωής που επικαλείται η εταιρεία, η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιεί περίπου 79% λιγότερη ενέργεια και να έχει περίπου 35% χαμηλότερες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου από την παραγωγή παρθένου PP. Τα αποτελέσματα εξαρτώνται από τις παραδοχές και την πραγματική λειτουργία της μονάδας.
Η εταιρεία κατασκεύασε τη μονάδα παραγωγής κόκκων στο Ironton του Οχάιο και ανακοίνωσε την πρώτη παραγωγή τον Ιούνιο του 2023, στο πλαίσιο της εμπορικής ανάπτυξης της διαδικασίας.
Η PureCycle είχε επίσης ανακοινώσει σχέδια για εγκαταστάσεις στη Βόρεια Αμερική και την Ευρώπη και για συνεργασία με τη SK geo centric στην Ασία. Ο στόχος των 630 εκατ. λιβρών ετήσιας δυναμικότητας έως το 2027 αποτελεί εταιρικό σχέδιο και όχι εγγυημένο αποτέλεσμα.
Πηγή: PureCycle Technologies
Η εταιρεία ανέφερε παραγωγή 3,5 εκατ. λιβρών κόκκων στο Ironton κατά το τρίτο τρίμηνο του 2024, περίπου τριπλάσια από το προηγούμενο τρίμηνο, μαζί με βελτίωση ορισμένων δεικτών ποιότητας.
Η PureCycle προσφέρει έκθεση σε μια διαφορετική τεχνολογία καθαρισμού PP, αλλά παραμένουν ουσιώδεις κίνδυνοι κλιμάκωσης, χρηματοδότησης, αξιοπιστίας της μονάδας, ζήτησης και ανταγωνισμού. Η παρουσίαση της εταιρείας δεν αποτελεί επενδυτική σύσταση.
Αναφορά Μελέτης:
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
