Η επαναχρησιμοποίηση του πλαστικού γίνεται πιο εύκολη με τη βοήθεια των λέιζερ

Η πλαστική ρύπανση αυξάνει την ανάγκη για καλύτερη διαχείριση αποβλήτων. Μελέτη του Ιουλίου 2024 έδειξε πώς λέιζερ και δισδιάστατα υλικά μπορούν να μετατρέψουν ορισμένες οργανικές ουσίες σε φωταυγείς νανοκουκκίδες άνθρακα. Πρόκειται για εργαστηριακή προσέγγιση, όχι για έτοιμη βιομηχανική λύση για όλα τα πλαστικά.

Πλαστική Ρύπανση

Πολλά πλαστικά αποδομούνται αργά και μπορούν να κατακερματίζονται σε μικρότερα σωματίδια. Πλαστικοί ρύποι έχουν εντοπιστεί σε νερό και οργανισμούς. Η μείωση χρήσης, η επαναχρησιμοποίηση και η σωστή συλλογή παραμένουν απαραίτητες.

Μελέτη Επαναχρησιμοποίησης Πλαστικού

Η μελέτη εξετάζει φωτοεπαγόμενη ενεργοποίηση δεσμών άνθρακα–υδρογόνου πάνω σε λεπτά ημιαγώγιμα υλικά. Οι ερευνητές παρήγαγαν φωταυγείς νανοκουκκίδες άνθρακα σε στερεά υποστρώματα. Βασικό πρότυπο υλικό ήταν το CTAC, ένα επιφανειοδραστικό και όχι κοινό πλαστικό απορρίμματος συσκευασίας.

Χρησιμοποιήθηκε χλωριούχο κετυλοτριμεθυλαμμώνιο (CTAC), άλας τεταρτοταγούς αμμωνίου με μακριά οργανική αλυσίδα. Η καθορισμένη σύστασή του επέτρεψε τη μελέτη της αντίδρασης σε ελεγχόμενες συνθήκες.

Ενεργοποίηση C‑H

Η ενεργοποίηση C–H καθιστά δεσμούς άνθρακα–υδρογόνου διαθέσιμους για χημικές αντιδράσεις. Στη συγκεκριμένη μέθοδο, φως και δισδιάστατα διχαλκογενίδια μετάλλων μετάπτωσης διευκολύνουν τη μετατροπή οργανικών ενώσεων. Η χρήση λέιζερ δεν αποτελεί γενικό ορισμό κάθε ενεργοποίησης C–H.

Νανοϋλικά Βασισμένα σε Άνθρακα

Τα νανοϋλικά άνθρακα μπορούν να έχουν χρήσιμες οπτικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες. Οι συγκεκριμένες νανοκουκκίδες ενδιαφέρουν εφαρμογές φωτονικής, αποθήκευσης πληροφοριών και κρυπτογράφησης. Δεν αντικαθιστούν αυτομάτως όλα τα υλικά ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.

Υπολογισμοί θεωρίας συναρτησιακού της πυκνότητας (DFT)

Υπολογισμοί DFT με το VASP χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη ενεργειακών φραγμών και μηχανισμών. Η προσέγγιση Kohn–Sham περιγράφει την ηλεκτρονική δομή. Εξετάστηκε η επίδραση ατελειών και οξειδωμένων επιφανειακών καταστάσεων στην προσρόφηση υδρογόνου και στις αντιδράσεις. Οι υπολογισμοί συμπλήρωναν τα πειράματα.

Φάση Δοκιμών

Οι οργανικές ενώσεις τοποθετήθηκαν σε ατομικά λεπτό WSe2, ένα διχαλκογενίδιο μετάλλου μετάπτωσης. Ακτινοβόληση χαμηλής ισχύος διευκόλυνε την ενεργοποίηση C–H, ακολουθούμενη από σχηματισμό δεσμών C=C και νανοκουκκίδων άνθρακα. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με ισχύ στην περιοχή των milliwatt.

Παρακολούθηση Αλλαγών

Οι αλλαγές παρακολουθήθηκαν με οπτική μικροσκοπία. Χρησιμοποιήθηκε μικροσκόπιο Nikon TiE με αντικειμενικό φακό ελαιοκατάδυσης 100× και οπτική σκοτεινού πεδίου. Οι φωτεινές πηγές και τα επιμέρους όργανα εξυπηρετούσαν διαφορετικούς ρόλους και δεν πρέπει να συγχέονται ως ένα ενιαίο λέιζερ.

Υποσχόμενα εργαστηριακά αποτελέσματα

Η ομάδα μετέτρεψε CTAC, C19H42ClN, σε φωταυγείς νανοκουκκίδες σε χωρικά ελεγχόμενα μοτίβα πάνω σε WSe2. Η nano-FTIR και η φασματοσκοπία Raman χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό των αλλαγών. Η ζώνη περίπου στα 1660 cm−1 παρείχε πληροφορίες για τη δομή των δεσμών, όχι μέτρηση αυξημένης «αποδοτικότητας» των δεσμών. Δεν αποδείχθηκε άμεση βιομηχανική ανακύκλωση.

Οφέλη

Η μετατροπή οργανικών καταλοίπων σε χρήσιμα υλικά μπορεί να υποστηρίξει την κυκλική οικονομία. Το πραγματικό περιβαλλοντικό όφελος εξαρτάται από ενέργεια, απόδοση, χημικά, υποστρώματα και ολόκληρο τον κύκλο ζωής.

Πιο Αποδοτικό

Η χαμηλή ισχύς λέιζερ σε μικροσκοπικό πείραμα είναι πιθανό πλεονέκτημα. Η μελέτη δεν απέδειξε ότι η μέθοδος είναι αποδοτικότερη από κάθε υπάρχουσα τεχνική ανακύκλωσης.

Ευέλικτο

Εξετάστηκαν και άλλες οργανικές ενώσεις μακριάς αλυσίδας, όπως το πολυαιθυλένιο. Αυτό υποδεικνύει ευρύτερες δυνατότητες, όχι επιβεβαιωμένη λειτουργία με κάθε τύπο πλαστικού ή μικτό ρυπασμένο απόβλητο.

Ερευνητές

Στη μελέτη συμμετείχαν ο Jingang Li και συνεργάτες από το University of California, το Tohoku University, το Lawrence Berkeley National Laboratory, το Pennsylvania State University και το Baylor University. Οι αναφερόμενοι χρηματοδότες περιλάμβαναν τα National Institutes of Health, Hirose Foundation, National Natural Science Foundation of China, National Science Foundation και Japan Society for the Promotion of Science.

Εφαρμογές

Πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν φωτονικά υλικά, χημική σύνθεση και επεξεργασία οργανικών ρύπων. Η μετάβαση σε ανακύκλωση μεγάλης κλίμακας απαιτεί περαιτέρω ανάπτυξη.

Εταιρείες που Μπορούν να Επωφεληθούν από αυτήν τη Μελέτη

Οι εταιρείες διαχείρισης αποβλήτων μπορούν να παρακολουθούν τέτοιες τεχνολογίες. Οι ακόλουθες αποτελούν παραδείγματα του κλάδου, όχι επιβεβαιωμένους χρήστες της μεθόδου.

1. Waste Management

WM Διάγραμμα τιμής

Waste Management (WM ) είναι μεγάλη βορειοαμερικανική εταιρεία συλλογής, επεξεργασίας και ανακύκλωσης αποβλήτων, με δραστηριότητες και στην ενεργειακή αξιοποίηση. Έχει σημαντική παρουσία στο Τέξας και σε άλλες περιοχές.

Η WM ανακοίνωσε έσοδα περίπου 20,426 δισ. δολαρίων για το 2023. Πρόκειται για ιστορικό ετήσιο μέγεθος, όχι τρέχουσα χρηματιστηριακή αποτίμηση.

Η Waste Management χρησιμοποιεί το χρηματιστηριακό σύμβολο WM. Το WCN αφορά τη διαφορετική εταιρεία Waste Connections. Ιστορικές αυξήσεις τιμής δεν εγγυώνται μελλοντική απόδοση.

2. Waste Connections

WCN Διάγραμμα τιμής

Waste Connections (WCN ) ιδρύθηκε το 1997 και προσφέρει υπηρεσίες συλλογής, μεταφοράς, διάθεσης και ανακύκλωσης στη Βόρεια Αμερική. Η σωστή επωνυμία είναι Waste Connections, όχι Waste Collections.

Μια επιτυχής βιομηχανική εφαρμογή θα μπορούσε να δημιουργήσει ευκαιρίες. Δεν έχει όμως αποδειχθεί ότι η Waste Connections χρησιμοποιεί τη διαδικασία ή παράγει νανοκουκκίδες προς πώληση.

Η αναφερόμενη κεφαλαιοποίηση περίπου 46,85 δισ. δολαρίων είναι ιστορική. Οι εξαγορές και η θέση στην αγορά πρέπει να αξιολογούνται μαζί με κόστος, ανταγωνισμό και χρηματοοικονομικό κίνδυνο.

Τα στοιχεία δείχνουν την έκταση του προβλήματος

Η παραγωγή πλαστικών αυξήθηκε έντονα από τη δεκαετία του 1950. Το UNEP έχει εκτιμήσει ότι περίπου επτά δισεκατομμύρια τόνοι της σωρευτικής παραγωγής έως το 2017 έγιναν απόβλητα. Αυτό δεν είναι ετήσια διαρροή στο περιβάλλον. Οι συσκευασίες και τα προϊόντα μίας χρήσης αποτελούν σημαντικό μέρος του προβλήματος, με μερίδια που εξαρτώνται από τον ορισμό και την περίοδο.

Οι Ωκεανοί Υποφέρουν

Οι ωκεανοί πλήττονται ιδιαίτερα από αυτούς τους ρύπους. Η εκτίμηση του UNEP για τη συσσωρευμένη ποσότητα στους ωκεανούς ήταν 75–199 εκατομμύρια τόνοι, όχι 75–99 τόνοι. Ο ΟΗΕ ανέφερε περίπου έντεκα εκατομμύρια τόνους ως ετήσια εισροή. Τα δύο μεγέθη δεν πρέπει να συγχέονται. Η νέα εργαστηριακή μέθοδος δεν έχει αποδειχθεί ότι μπορεί να επεξεργαστεί τέτοιες ποσότητες.

Οι Μεγαλύτεροι Ρυπογόνοι παγκοσμίως

Η συμβολή κάθε χώρας εξαρτάται από το αν μετράμε παραγωγή πλαστικού, παραγόμενα απόβλητα, κακή διαχείριση ή διαρροή. Μια αξιόπιστη κατάταξη απαιτεί συγκρίσιμα στοιχεία για το ίδιο έτος και τον ίδιο δείκτη.

Ομαδική Προσπάθεια

Πολλές ερευνητικές ομάδες εξετάζουν νέες χρήσεις αποβλήτων. Μια άλλη μελέτη διερεύνησε τη μετατροπή πολυστυρενίου σε υλικό για ηλεκτρονικές εφαρμογές. Οι προσεγγίσεις αυτές χρειάζονται τεχνική, οικονομική και περιβαλλοντική αξιολόγηση.

Κανονισμοί

Διάφορες δικαιοδοσίες περιόρισαν σταδιακά συγκεκριμένα πλαστικά μίας χρήσης. Η Νέα Νότια Ουαλία επέκτεινε τις απαγορεύσεις τον Νοέμβριο 2022 και η Βικτώρια εφάρμοσε τη δική της τον Φεβρουάριο 2023. Το Κουίνσλαντ είχε διαδοχικές φάσεις, μεταξύ αυτών πρόσθετους περιορισμούς τον Σεπτέμβριο 2023. Δεν ήταν κοινή απαγόρευση όλων των πλαστικών μίας χρήσης. Η Καλιφόρνια προωθούσε επίσης διευρυμένη ευθύνη παραγωγών για συσκευασίες.

Αξιοποίηση πλαστικών αποβλήτων για καλύτερο περιβάλλον

Η μετατροπή ορισμένων οργανικών ουσιών σε χρήσιμες νανοκουκκίδες αποτελεί ενδιαφέρουσα κατεύθυνση. Η συμβολή της στο πρόβλημα των αποβλήτων απαιτεί περαιτέρω έρευνα για κλιμάκωση, κόστος και περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Δεν έχουν αποδειχθεί ήδη παγκόσμιες μειώσεις ρύπανσης ή εκατομμύρια σωσμένες ζωές.

Μάθετε για άλλα ενδιαφέροντα περιβαλλοντικά έργα τώρα.