Hållbarhet

CRISPR för redigering av polymerer kan omforma globala återvinningsinsatser

mm
Publicerad
Uppdaterad
Lägg till Securities.io bland dina föredragna källor på Google
Information: Securities.io kan få ersättning när du använder länkar till produkter vi granskar. Det påverkar inte våra redaktionella bedömningar. Vi är inte registrerad investeringsrådgivare; detta är inte investeringsråd. Läs vår affiliateinformation.

Att låsa upp plaståtervinning

Sedan plast började användas brett inom industrin på 1960-talet har materialet blivit en del av nästan alla områden i vardagen. Felhanterat plastavfall är samtidigt en allvarlig föroreningskälla, bland annat genom mikroplast – små fragment som förekommer i miljöer över hela jorden.

Mikroplast kan påverka biologiska system, och studier har bland annat undersökt möjlig påverkan på antibiotika. Partiklar har rapporterats i mänsklig vävnad och tas upp av marina organismer. Att partiklar påvisas visar exponering men bevisar inte i sig en viss sjukdom eller klinisk risk.

Strategier mot befintlig mikroplast omfattar bättre mätning och produktdesign, separation med lösningsmedel och omvandling av plast med lasrar eller ljusdriven fotokatalys. Metoderna riktar sig mot olika avfallsströmmar och är inte nödvändigtvis skalbara eller ekonomiska.

Rättsprocesser, bland annat mot ExxonMobil (XOM ), har ifrågasatt hur plastproducenter marknadsför återvinning. En stämningsansökan innehåller påståenden som måste skiljas från en slutlig dom.

Många åtgärder mot plastföroreningar är kostsamma eller kräver särskild infrastruktur. Uppvinning kan ge avfall högre värde och därmed stärka incitamentet för insamling, men ekonomin beror på sortering, förbehandling, energi, lösningsmedel, katalysatorer, produktkvalitet och marknad.

Forskare vid Oak Ridge National Laboratory (ORNL) undersökte en metod där vissa avfallspolymerer används som tillsatser i nya material. Resultaten publicerades i Journal of the American Chemical Society under titeln ”Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Upcycling Paradigm”1. Studien är ett laboratoriebevis för vissa polymerer, inte en universell process för plaståtervinning.

Varför är traditionell återvinning inte tillräcklig?

Plast återvinns redan, men mekanisk återvinning kan försämra materialet genom upprepade smält- och bearbetningscykler. Forskarna beskrev processen grovt som ”smält och hoppas på det bästa”.

Värme, oxidation, blandning av olika kvaliteter och föroreningar kan förkorta eller förändra polymerkedjorna. Resultatet kan få svagare mekaniska egenskaper, ändrad färg eller sämre hållbarhet, även om utfallet varierar med plasttyp och processkontroll.

Vissa plasttyper kan återvinnas mekaniskt flera gånger, men kvalitetsförlust och tillsatsämnen begränsar antalet cykler. God sortering, stabilisering och användning i lämpliga produkter kan förlänga livslängden.

Härdplaster, flerskiktsmaterial, förorenade strömmar och vissa elastomerer är särskilt svåra att återvinna mekaniskt och går ofta till förbränning eller deponi.

ORNL hänvisade till en global uppskattning enligt vilken omkring 9 % av plastavfallet återvinns. Andelen varierar efter land, polymer, definition och år och ska inte förväxlas med all plast som någonsin har producerats.

Upcycling istället för återvinning

Med ”uppvinning” försöker man ge avfall egenskaper eller ett värde som är högre än i den aktuella avfallsströmmen. Det betyder inte nödvändigtvis att produkten är bättre i alla avseenden än jungfruligt material.

ORNL-metoden använder kontrollerade reaktioner i polymerkedjorna. Jämförelsen med CRISPR-redigering av DNA är en pedagogisk metafor; den kemiska metatesen är inte biologisk genredigering.

Forskarna arbetade med polybutadien, som bland annat finns i gummiprodukter, och akrylnitril-butadien-styren (ABS), som används i leksaker, tangentbord, rör, skyddsutrustning, fordonsdelar och apparater. Dessa avfallsströmmar återvinns ofta dåligt, men studien omfattade inte hela spektrumet av färdiga produkter.

”Med den här tekniken tar vi itu med en betydande del av avfallsströmmen. Det kan få stor effekt genom att bevara massa och energi från material som nu hamnar på deponi.”

Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow

Processen hade hög ”atomekonomi” för de undersökta reaktionerna: polyalkenameren införlivades kvantitativt i det syntetiserade materialet. Det är inte samma sak som att en blandad avfallsström kan återvinnas utan förluster eller förbehandling.

Hur det fungerar

Avfallspolymeren användes som kedjeöverföringskomponent i ringöppningsmetatespolymerisation och påverkade molekylvikt, sammansättning och egenskaper i det nya materialet.

Forskarna strimlade syntetisk eller kommersiell polybutadien och ABS och löste materialet i diklormetan. Reaktionen kördes vid 40 °C i mindre än två timmar. Diklormetan är ett flyktigt och hälsoskadligt lösningsmedel, så återvinning, utsläpp och säkrare alternativ är centrala frågor vid eventuell uppskalning.

En ruteniumkatalysator möjliggjorde polymerisationen. Sådana katalysatorer är kända inom metateskemi, men pris, metallåtervinning, resthalter och livslängd måste bedömas i en industriell process.

Katalysatorn bryter och bildar dubbelbindningar så att polymersegment kan byta plats och ingå i växande kedjor. Den ”bär” inte bokstavligen plastbitarna; formuleringen är en förenklad illustration.

Metates innebär omfördelning kring kol-kol-dubbelbindningar. Att en kedja har sådana reaktiva grupper gör reaktionen möjlig men ger inte automatiskt hög omvandling för varje plasttyp.

Ringöppningsmetatespolymerisation öppnar cykliska olefiner och bygger polymerkedjor. Korsmetates kan utbyta segment mellan omättade molekyler. I studien fungerade avfallspolymeren som kedjeöverföringsmedel och tillsats i nya sampolymerer.

Projektet kombinerade optimering av polymerisationen, realtidsanalys med kärnmagnetisk resonans (NMR) och mätning av de färdiga materialens mekaniska och termiska egenskaper.

Starka resultat

ORNL uppgav att laboratorieprocessen använde mindre energi och gav lägre utsläpp än traditionell återvinning. Påståendet behöver bekräftas genom en fullständig livscykelanalys i industriell skala som omfattar återvinning av lösningsmedel, katalysator, förbehandling och avfall.

De syntetiserade materialen behöll drag från avfallspolymeren och visade lovande termomekaniska egenskaper. Vad som är ”bättre” beror på vilken egenskap och referens som jämförs; studien visar inte överlägsenhet för alla användningar.

Nästa steg i plastupcycling

Upcycling av all plast

Metoden har demonstrerats för polyalkenamerer som polybutadien och ABS som kedjeöverföringsmedel i vissa ROMP-reaktioner. En utvidgning till andra polymerer kräver lämpliga reaktiva grupper, och mer miljövänliga lösningsmedel är ett viktigt forskningsmål.

”Visionen är att konceptet ska kunna utvidgas till varje polymer som har någon form av reaktiv funktionell grupp i huvudkedjan.

Om processen skalas upp och utvidgas med andra tillsatser kan fler avfallsklasser användas som molekylära byggstenar och miljöpåverkan från svårbearbetad plast minska.”

Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow

Processekonomin är inte demonstrerad. Låg reaktionstemperatur och kort tid är gynnsamma, men kostnader för sortering, lösningsmedel, rutenium, rening, säkerhet, kapitalutrustning och kvalitetskontroll kan vara avgörande.

Bortom plast

Principen kan undersökas för andra omättade polymerer och kemiska råvaror, men varje avfallsström kräver egen validering.

Forskarna vill särskilt undersöka härdplaster, bland annat epoxi, vulkaniserat gummi, polyuretan och silikon. Detta var ett framtida forskningsmål, inte ett resultat som demonstrerades i den publicerade studien.

Härdplaster kan normalt inte smältas och formas om efter härdning eftersom de är tvärbundna, vilket gör konventionell återvinning svår.

Forskarna vill undersöka om metateskemi och andra tillsatser kan användas för nya härdplastmaterial. Den aktuella studien visar inte att färdig tvärbunden härdplast redan kan återvinnas med samma process.

Den justerbara polymerisationen kan ge material med andra egenskaper, exempelvis större elasticitet eller lättare härdning. Egenskaperna måste optimeras mot krav på styrka, livslängd, toxicitet, återvinningsbarhet och pris.

Slutsats

Uppvinning kan höja värdet på vissa plastströmmar och ge bättre ekonomiska incitament för insamling. Metoden löser inte ensam den låga globala återvinningsandelen eller problem med blandning, föroreningar och produktdesign.

Minskad plastanvändning, bättre insamling, avlägsnande av mikroplast, biobaserade eller mer cirkulära material (se ”De fem ledande bioplastföretagen”) och olika former av mekanisk, lösningsmedelsbaserad och kemisk återvinning kan alla ingå i lösningen.

En cirkulär ekonomi bör minska uttaget av nya resurser, avfall, utsläpp och läckage till miljön. Målet är inte att vara ”mer resursintensiv”, och nettoeffekten måste mätas över hela livscykeln.

Återvinningsföretag

PureCycle Technologies

PCT Prisdiagram

PureCycle Technologies utvecklar lösningsmedelsbaserad rening av polypropen (PP) för att framställa återvunnen PP med låg halt av lukt, färg och föroreningar.

Företaget använder en licensierad reningsprocess utvecklad av Procter & Gamble för att avlägsna färg, lukt och föroreningar från PP-råvara. Processen polymeriserar inte avfallet på samma sätt som ORNL-metoden.

Processen skiljer sig från mekanisk omsmältning och kan hantera vissa orenheter, men produktkvaliteten beror fortfarande på råvara, sortering, drift och kundkvalificering.

Kemisk återvinning och lösningsmedelsbaserad rening omfattar många processer med mycket olika energiåtgång, utsläpp och kostnader. De kan inte generellt avfärdas eller kallas miljövänliga utan en jämförbar livscykelanalys.

PureCycle har fått brev från FDA om att myndigheten inte har invändningar för vissa användningar och råvaruvillkor. Det är inte ett generellt FDA-godkännande av alla produkter; varje förpacknings- och livsmedelskontakt måste uppfylla gällande krav och kundernas kvalificering.

Företaget har hänvisat till en beställd livscykelanalys med lägre energianvändning och växthusgasutsläpp än jungfrulig PP. Siffror som 79 % lägre energi och 35 % lägre utsläpp beror på modellantaganden, fabriksutnyttjande och systemgränser och är inte resultat från ORNL-studien.

Ironton-anläggningen producerade de första pelletsen i juni 2023 men har haft en lång och krävande uppstart. Under första kvartalet 2026 rapporterade företaget rekordproduktion på 8,4 miljoner pund och genomförde planerat underhåll för att förbättra driftsäkerhet, kapacitet och kvalitet.

PureCycle planerar fortsatt expansion, men tidsplan, finansiering och lokalisering har ändrats. Företaget uppgav 2026 att en anläggning i Thailand planerades för drift 2028; investerare bör använda de senaste uppgifterna i stället för äldre mål för Europa, Japan, Sydkorea eller sammanlagd kapacitet 2027. Samarbete med SK geo centric är inte detsamma som färdig kapacitet.

Produktionen på 3,5 miljoner pund under tredje kvartalet 2024 var en historisk milstolpe i uppstarten. Senare kvartal har gett högre produktion, men enstaka rekord bevisar inte stabil nominell kapacitet, positiv marginal eller lönsam drift.

PureCycle ger börsnoterad exponering mot avancerad PP-rening, men investeringen är spekulativ. Viktiga risker är uppskalning och drifttid i Ironton, produktkvalitet, kundgodkännande, PP-priser, råvarutillgång, kassaförbrukning, skuld, finansiering, utspädning, nya anläggningar, regelkrav och konkurrens. ORNL-forskningen är separat och ger inte PureCycle rättigheter till metoden.

Studierreferens:

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

mm

Jonathan är en tidigare biokemistforskare som arbetade med genetisk analys och kliniska prövningar. Han är nu en aktieanalytiker och finansskribent med fokus på innovation, marknadscykler och geopolitik i sin publikation 'The Eurasian Century'.