Bærekraft
CRISPR for redigering av polymerer kan omforme globale resirkuleringsinnsats
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Unlocking Plastic Recycling
Siden plast ble tatt i utstrakt bruk i industrien på 1960-tallet, har materialet blitt en del av nesten alle sider ved hverdagen. Feilhåndtert plastavfall er samtidig en alvorlig forurensningskilde, blant annet gjennom mikroplast – små fragmenter som finnes i miljøer over hele kloden.
Mikroplast kan påvirke biologiske systemer, og studier har blant annet undersøkt mulig påvirkning på antibiotika. Partikler er rapportert i menneskelig vev og tas opp av marine organismer. Funnet av partikler viser eksponering, men dokumenterer ikke alene en bestemt sykdom eller klinisk risiko.
Strategier mot eksisterende mikroplast omfatter bedre måling og produktdesign, separasjon med løsemidler og omforming av plast med lasere eller lysdrevet fotokatalyse. Metodene retter seg mot ulike avfallsstrømmer og er ikke nødvendigvis skalerbare eller økonomiske.
Rettssaker, blant annet mot ExxonMobil (XOM ), har utfordret hvordan plastprodusenter markedsfører resirkulering. Et søksmål er en påstand som må skilles fra en endelig rettsavgjørelse.
Mange tiltak mot plastforurensning er kostbare eller krever særskilt infrastruktur. Oppsirkulering kan gi avfallet høyere verdi og dermed styrke insentivet til innsamling, men økonomien avhenger av sortering, forbehandling, energi, løsemidler, katalysatorer, produktkvalitet og marked.
Forskere ved Oak Ridge National Laboratory (ORNL) undersøkte en metode for å bruke enkelte avfallspolymerer som tilsetninger i nye materialer. Resultatene ble publisert i Journal of the American Chemical Society under tittelen «Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Upcycling Paradigm»1. Studien er et laboratoriebevis for bestemte polymerer, ikke en universell plastresirkuleringsprosess.
Hvorfor er tradisjonell resirkulering ikke nok?
Plast resirkuleres allerede, men mekanisk resirkulering kan forringe materialet gjennom flere smelte- og prosesseringssykluser. Forskerne beskrev den grovt som «smelt og håp på det beste».
Varme, oksidasjon, blanding av ulike kvaliteter og forurensning kan forkorte eller endre polymerkjedene. Resultatet kan få svakere mekaniske egenskaper, endret farge eller redusert holdbarhet, selv om utfallet varierer med plasttype og prosesskontroll.
Noen plasttyper kan resirkuleres mekanisk flere ganger, men kvalitetstap og tilsetningsstoffer begrenser antallet sykluser. God sortering, stabilisering og bruk i egnede produkter kan forlenge levetiden.
Herdeplast, flerlagsmaterialer, forurensede strømmer og enkelte elastomerer er særlig vanskelige å resirkulere mekanisk og går ofte til forbrenning eller deponi.
ORNL viste til et globalt anslag om at omtrent 9 % av plastavfallet resirkuleres. Andelen varierer etter land, polymer, definisjon og år og bør ikke forveksles med all plast som noen gang er produsert.
Kilde: PureCycle Technologies
Upcycling Instead of Recycling
Ved «oppsirkulering» forsøker man å gi avfallet egenskaper eller verdi som er høyere enn i den aktuelle avfallsstrømmen. Det betyr ikke nødvendigvis at produktet er bedre på alle mål enn jomfruelig materiale.
ORNL-metoden bruker kontrollerte reaksjoner i polymerkjedene. Sammenligningen med CRISPR-redigering av DNA er en formidlingsmetafor; den kjemiske metatesen er ikke biologisk genredigering.
Forskerne arbeidet med polybutadien, som blant annet finnes i gummiprodukter, og akrylnitril-butadien-styren (ABS), som brukes i leker, tastaturer, rør, verneutstyr, kjøretøydeler og apparater. Disse avfallsstrømmene resirkuleres ofte dårlig, men studien omfattet ikke hele spekteret av de ferdige produktene.
«Med denne teknologien tar vi tak i en betydelig del av avfallsstrømmen. Det kan gi stor virkning ved å bevare masse og energi fra materialer som nå går til deponi.»
Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow
Prosessen hadde høy «atomøkonomi» for de undersøkte reaksjonene: polyalkenameren ble innlemmet kvantitativt i det syntetiserte materialet. Dette er ikke det samme som at en blandet avfallsstrøm kan gjenvinnes uten tap eller forbehandling.
How It Works
Avfallspolymeren ble brukt som en kjedeoverføringskomponent i ringåpningsmetatesepolymerisering og påvirket molekylvekt, sammensetning og egenskaper i det nye materialet.
Forskerne strimlet syntetisk eller kommersiell polybutadien og ABS og løste materialet i diklormetan. Reaksjonen ble kjørt ved 40°C i under to timer. Diklormetan er et flyktig og helseskadelig løsemiddel, så gjenvinning, utslipp og sikrere alternativer er sentrale ved eventuell oppskalering.
En rutheniumkatalysator muliggjorde polymeriseringen. Slike katalysatorer er kjent fra metatesekjemi, men pris, metallgjenvinning, restnivåer og levetid må vurderes i en industriell prosess.
Katalysatoren bryter og danner dobbeltbindinger slik at polymersegmenter kan bytte plass og inngå i voksende kjeder. Den «bærer» ikke bokstavelig talt plastbitene; formuleringen er en forenklet illustrasjon.
Metatese innebærer omfordeling rundt karbon-karbon-dobbeltbindinger. At en kjede har slike reaktive grupper gjør reaksjonen mulig, men gir ikke automatisk høy konvertering for enhver plast.
Ringåpningsmetatesepolymerisering åpner sykliske olefiner og bygger polymerkjeder. Kryssmetatese kan utveksle segmenter mellom umettede molekyler. I studien fungerte avfallspolymeren som kjedeoverføringsmiddel og tilsetning i nye kopolymerer.
Kilde: Sigma Aldrich
Prosjektet kombinerte polymeriseringsoptimalisering, sanntidsanalyse med kjernemagnetisk resonans (NMR) og måling av de ferdige materialenes mekaniske og termiske egenskaper.
Strong Results
ORNL opplyste at laboratorieprosessen brukte mindre energi og ga lavere utslipp enn tradisjonell resirkulering. Påstanden må bekreftes med en full livsløpsanalyse i industriell skala, inkludert løsemiddelgjenvinning, katalysator, forbehandling og avfall.
De syntetiserte materialene beholdt trekk fra avfallspolymeren og viste lovende termomekaniske egenskaper. «Bedre» avhenger av hvilken egenskap og referanse som sammenlignes; studien beviser ikke overlegenhet for alle bruksområder.
Neste steg for oppsirkulering av plast
Upcycling All Plastics
Metoden er demonstrert for polyalkenamerer som polybutadien og ABS som kjedeoverføringsmidler i bestemte ROMP-reaksjoner. Utvidelse til andre polymerer krever passende reaktive grupper, og mer miljøvennlige løsemidler er et viktig forskningsmål.
«Visjonen er at konseptet kan utvides til enhver polymer som har en funksjonell gruppe i hovedkjeden som kan reagere.
Hvis prosessen skaleres opp og utvides med andre tilsetninger, kan flere avfallsgrupper brukes som molekylære byggesteiner og redusere miljøbelastningen fra vanskelig plast.»
Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow
Prosessøkonomien er ikke demonstrert. Lav reaksjonstemperatur og kort tid er gunstig, men kostnader til sortering, løsemiddel, ruthenium, rensing, sikkerhet, kapitalutstyr og kvalitetskontroll kan være avgjørende.
Beyond Plastics
Prinsippet kan undersøkes for andre umettede polymerer og kjemiske råvarer, men hver avfallsstrøm krever egen validering.
Forskerne ønsker særlig å undersøke herdeplaster, blant annet epoksy, vulkanisert gummi, polyuretan og silikon. Dette var et fremtidig forskningsmål, ikke et resultat demonstrert i den publiserte studien.
Herdeplast kan normalt ikke smeltes og omformes etter herding fordi den er tverrbundet, noe som gjør konvensjonell resirkulering vanskelig.
Forskerne vil undersøke om metatesekjemi og andre tilsetninger kan brukes til nye herdeplastmaterialer. Den nåværende studien viser ikke at ferdig tverrbundet herdeplast allerede kan resirkuleres med samme prosess.
Den justerbare polymeriseringen kan gi materialer med andre egenskaper, for eksempel større elastisitet eller lettere herding. Egenskapene må optimaliseres mot krav til styrke, levetid, giftighet, resirkulerbarhet og pris.
Conclusion
Oppsirkulering kan øke verdien av enkelte plaststrømmer og gi bedre økonomiske insentiver til innsamling. Den alene løser ikke den lave globale resirkuleringsandelen eller problemer med blanding, forurensning og produktdesign.
Redusert plastbruk, bedre innsamling, fjerning av mikroplast, biobaserte eller mer sirkulære materialer (se «De fem ledende bioplastselskapene») og ulike former for mekanisk, løsemiddelbasert og kjemisk resirkulering kan alle inngå i løsningen.
En sirkulær økonomi bør redusere uttak av nye ressurser, avfall, utslipp og lekkasje til miljøet. Den er ikke «mer ressursintensiv» som mål, og nettoeffekten må måles gjennom livsløpet.
Recycling Company
PureCycle Technologies
PCT Prisdiagram
PureCycle Technologies utvikler løsemiddelbasert rensing av polypropylen (PP) for å produsere resirkulert PP med lavt innhold av lukt, farge og forurensninger.
Selskapet bruker en lisensiert renseprosess utviklet av Procter & Gamble for å skille ut farge, lukt og forurensninger fra PP-råstoff. Den polymeriserer ikke avfallet på samme måte som ORNL-metoden.
Kilde: PureCycle Technologies
Prosessen skiller seg fra mekanisk omsmelting og kan håndtere enkelte urenheter, men produktkvaliteten avhenger fortsatt av råstoff, sortering, drift og kundekvalifisering.
Kjemisk resirkulering og løsemiddelbasert rensing dekker mange prosesser med svært ulikt energi-, utslipps- og kostnadsnivå. De kan ikke generelt avskrives eller kalles miljøvennlige uten en sammenlignbar livsløpsanalyse.
Kilde: PureCycle Technologies
PureCycle har mottatt FDA-brev om ingen innvending for bestemte bruksområder og råstoffbetingelser. Det er ikke en generell FDA-godkjenning av alle produkter; hver emballasje- og matkontaktbruk må oppfylle gjeldende krav og kundekvalifisering.
Selskapet har vist til en bestilt livsløpsanalyse med lavere energibruk og klimagassutslipp enn jomfruelig PP. Tall som 79 % lavere energi og 35 % lavere utslipp avhenger av modellforutsetninger, fabrikkutnyttelse og systemgrenser og er ikke resultat fra ORNL-studien.
Ironton-anlegget produserte de første pelletene i juni 2023, men har hatt en lang og krevende oppkjøring. I første kvartal 2026 rapporterte selskapet rekordproduksjon på 8,4 millioner pund og gjennomførte planlagt vedlikehold for å forbedre driftssikkerhet, kapasitet og kvalitet.
PureCycle planlegger videre ekspansjon, men tidsplan, finansiering og lokalisering har endret seg. Selskapet oppga i 2026 at et Thailand-anlegg var planlagt med drift i 2028; investorer bør bruke de nyeste meldingene fremfor eldre mål for Europa, Japan, Sør-Korea eller samlet 2027-kapasitet. Samarbeid med SK geo centric er ikke det samme som ferdigstilt kapasitet.
Kilde: PureCycle Technologies
Produksjonen på 3,5 millioner pund i tredje kvartal 2024 var en historisk oppkjøringsmilepæl. Senere kvartaler har gitt høyere produksjon, men periodiske rekorder beviser ikke stabil navneplatekapasitet, positiv margin eller lønnsom drift.
PureCycle gir børsnotert eksponering mot avansert PP-rensing, men investeringen er spekulativ. Viktige risikoer er oppskalering og oppetid ved Ironton, produktkvalitet, kundegodkjenning, PP-priser, råstoff, kontantforbruk, gjeld, finansiering, utvanning, nye anlegg, regulatoriske krav og konkurranse. ORNL-forskningen er separat og gir ikke PureCycle rettigheter til metoden.
Studierreferanse:
1. Jeffrey C. Foster, et al. (2024) Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Upcycling Paradigm. Journal of the American Chemical Society 146 (48), 33084–33092. DOI: 10.1021/jacs.4c10588
