از پسماند به سوخت با هزینه‌ی کمتر

فناوری جدید بازآفرینی پلاستیک

ایده‌ی کلی باز‌آفرینی پلاستیک

پسماند پلاستیکی می‌تواند جای اینکه در محیط اطراف انباشته شود، به کالا‌های شیمیایی کاربردی  باز‌آفرینی شود.

فناوری جدید می‌تواند پلاستیک‌‌های موجود در مکان‌های دفع زباله را تبدیل به منبع سوخت کند.

یک نو‌آوری در بازیافت پلاستیک که کار بیشتری را با هزینه‌ی کمتر انجام می‌دهد، همزمان تبدیل پلاستیک به مواد کاربردی را بیشتر می‌کند، در حالی که مقادیر کمتری از فلز با ارزش روتنیوم را مصرف می‌کند. این نو‌آوری امروز (22 آگوست، 2022) در نشست پاییزی انجمن شیمی آمریکا که در شیکاگو می‌باشد معرفی می‌شود.

Janos szanyi، شیمیدان آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام (PNNL)که رهبر گروه تحقیقات بود گفت :« کشف کلیدی ما حاکی از حجم خیلی کم فلز است که باعث می‌شود کاتالیست ها ارزان تر شوند.»

فناوری جدید به طرز کارآمدتری، پلاستیک ها را به مواد شیمیایی با ارزش تبدیل می‌کند که به آن باز‌آفرینی گویند. به‌علاوه در مقایسه با دیگر روش‌ها، متان خیلی کمتری تولید می‌کند که یک گاز گلخانه‌ای ناخواسته است که به عنوان یک محصول فرعی ایجاد می‌شود.

Linxiao chen، دانشمند تحقیقاتی فوق دکترا که در ASC از پژوهش رونمایی کرد گفت :« این خیلی برای ما جالب بود که تاکنون هیچ چیزی منتشر نشده بود که حاکی از این نتیجه باشد ، این پژوهش ما را با فرصت تولید کاتالیست‌های موثر، انتخابی و چندکاره برای بازآفرینی پلاستیک آشنا می‌کند. »

باز‌آفرینی پلاستیک چیست؟

بازآفرینی پلاستیک یک راهی برای ما فراهم می‌کند جهت استفاده‌ی مجدد کربن؛ پسماندی که هم‌اکنون مکان‌های جمع‌آوری زباله و سواحل را به‌هم ریخته است .

در بازآفرینی پلاستیک، فلز کمتر، بیشتر است .

پسماند پلاستیکی که بر‌پایه‌ی مواد نفتی است، یک منبع دست‌نخورده از مواد شیمیایی بر پایه‌ی کربن را به ما نشان می‌دهد که می‌تواند ماده‌ی اولیه‌ای برای مواد و سوخت‌های بادوام باشد.

برخلاف منابع فراوان موجود در سطل‌های بازیافت، در حال حاضر پلاستیک کمی بازیافت می‌شود؛ آن هم عمدتا به‌خاطر دلایل اقتصادی و کاربردی.اگرچه، محققان PNNL در تلاش اند تا با استفاده از تخصصشان در شکستن کارامد پیوندهای شیمیایی، این روند را عوض کنند.

این کاملا شناخته‌شده است که اضافه‌کردن هیدروژن که یک واکنشی است تحت عنوان هیدروژنولیز، برای پلاستیک‌هایی که سخت بازیافت می‌شوند، مثل پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن، راهبردی امید‌بخش برای تبدیل پلاستیک به هیدروکربن‌های کوچک با‌ارزش‌تر است. اما این فرایند برای اینکه به لحاظ اقتصادی میسر باشد نیازمند کاتالیست های کارآمد و انتخابی است .

این همان جایی است که این پژوهش تحت رهبری PNNL پیشی گرفت.

گروه دانشمندان متوجه شدند که کاهش مقدار فلز با‌ارزش روتنیوم در حقیقت کارایی و انتخابی بودن بازآفرینی پلیمر را بهبود می‌دهد.

در یکی از تحقیقاتی که اخیرا در مجله‌ی ASC کاتالیز، نشر شد، آن‌ها نشان دادند که بهبود کارایی وقتی رخ داد که نسبت کم فلزی که ساختار را پشتیبانی می‌کرد باعث شد تا ساختمان از یک چیدمان منظم ذرات به دسته‌هایی نامنظم از اتم‌ها تغییر کند.

اتم‌های گیر‌افتاده

یک تجربه از متخصصین PNNL روی کاتالیست‌های تک‌اتمی به گروه کمک کرد تا بفهمند چرا کمتر، بیشتر است. محققان بی‌نظم شدن در سطح مولکولی را دیدند و از نظریه‌ی مطرح شده استفاده کردند تا نشان دهند که تک‌اتم ها در حقیقت کاتالیست‌ها‌ی موثرتری در این کار پژوهشی هستند.

این کار برپایه‌ی تحقیق روی گیرانداختن اتم و کاتالیست‌های تک‌اتمی توسط yong wang، پروفسور مهندسی شیمی دانشگاه ایالت واشنگتون، pullman و یک فرد در آزمایشگاه PNNL صورت‌گرفته‌است.

Gutierrez گفته است:« تلاش‌های زیادی از ‌نظر ماد‌‌ی صورت گرفته تا به ما کمک‌ کند که بفهمیم چگونه تک‌اتم‌ها یا گروه‌های خیلی کوچک می‌توانند کاتالیست‌های موثرتری بسازند .»

در ASC، Chenهم یک کار جدید شرح داد که نقش ماده حمایتی را در بهبود کارایی روند ، بررسی می‌کند.

Chen گفت :« ما به دنبال مواد حمایتی ارزان و با دسترسی راحت برای جایگزینی سریوم‌اکسید گشتیم و متوجه‌ شدیم که تیتانیوم اکسیدی که به لحاظ شیمیایی تقویت شده‌است می‌تواند یک مسیر کارآمدتر و انتخابی تر را برای بازآفرینی پلی‌پروپیلن در اختیارمان بگذارد.

یادگرفتن چگونگی سازگاری با کلر

برای اینکه این شیوه جهت استفاده در مقابل جریان‌های بازیافتی پلاستیک ترکیبی کاربردی شود، متخصصان دارند بررسی می‌کنند که حضور کلر چگونه بر‌ روی کارایی تغییر شیمیایی تاثیر می‌گذارد.

Oliver y.gutierrez که یک شیمیدان متخصص در استفاده‌های صنعتی کاتالیز است گفت :« وقتی که شما یک منبع پلاستیک تمیز ندارید، در آن صورت ما با شرایط استخراج سخت‌تری مواجه هستیم، در یک فرایند بازآفرینی صنعتی، شما با کلر حاصل از پلی‌وینیل‌کلرید و دیگر منابع مواجهید. کلر می‌تواند چرخه‌ی بازآفرینی پلاستیک را آلوده کند. ما می‌خواهیم بفهمیم که کلر چه تاثیری روی رویه‌ی ما دارد. »

هم‌اکنون، آن شناخت بنیادی می‌تواند در تبدیل پسماندهای پلاستیکی که به عنوان آلودگی در محیط جمع‌ می‌شوند به محصولات کاربردی، کمک کند.

منابع: « بی‌نظم، ساختارهای زیر نانومتری Ru روی CeO2 کاتالیست‌های به‌شدت کارامد و انتخابی در بازآفرینی پلیمر بوسیله‌ی هیدروژنولیز هستند. » نوشته‌ی Linxiao Chen

Laura C. Meyer, Libor Kovarik, Debora Meira, Xavier I. Pereira-Hernandez, Honghong Shi, Konstantin Khivantsev, Oliver Y. Gutiérrez and János Szanyi , 5 April 2022, ACS Catalysis.

پژوهش مطرح‌شده، توسط بخش انرژی از دفتر‌ علوم پشتیبانی شده‌است.این پژوهش همچنین از منابع مرکز پیشرفته‌ی فوتون استفاده کرده است که، یک مرکز کاربرد از دفتر علوم است که بوسیله‌ی آزمایشگاه ملی آرگون برای DOE استفاده می‌شود.