Ερευνητές ανέπτυξαν μια «μηχανικοχημική» μέθοδο για τη διάσπαση του PET σε θερμοκρασία δωματίου, χωρίς χημικά και θερμότητα
Ερευνητές ανέπτυξαν μια καινοτόμο μέθοδο για την αποσύνθεση του Πολυαιθυλενίου Τερεφθαλικού (PET), ενός από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα πλαστικά στον κόσμο, με σκοπό την αειφόρο ανακύκλωση. Η μέθοδος χρησιμοποιεί μηχανικές δυνάμεις αντί για θερμότητα ή ισχυρά χημικά. Ενώ τα πλαστικά συμβάλλουν στο σύγχρονο βιοτικό επίπεδο, η συσσώρευσή τους σε χώρους υγειονομικής ταφής και στο περιβάλλον συνεχίζει να αποτελεί παγκόσμιο πρόβλημα.
ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ | Πρωινό φούσκωμα: Τι να φάτε για δείπνο αν θέλετε να ξυπνήσετε με πιο επίπεδη κοιλιά – Του Ν. Ζορζοβίλη
ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ | Το βότανο που είναι το φυσικό «αντίδοτο» στο άγχος και ενισχυτικό του ανοσοποιητικού
Η ανθεκτικότητα του PET, το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή μπουκαλιών, συσκευασιών τροφίμων και ινών ενδυμάτων, το καθιστά δύσκολο να ανακυκλωθεί αποτελεσματικά. Τα νέα ευρήματα, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Chem, δείχνουν πώς μια «μηχανικοχημική» μέθοδος (χημικές αντιδράσεις που προκαλούνται από μηχανικές δυνάμεις όπως συγκρούσεις) μπορεί να μετατρέψει γρήγορα το PET πίσω στα βασικά του συστατικά, ανοίγοντας τον δρόμο για ταχύτερη και καθαρότερη ανακύκλωση.
Υπό την ηγεσία της μεταδιδακτορικής ερευνήτριας Kinga Gołąbek και του καθηγητή Carsten Sievers της Σχολής Χημικής και Βιομοριακής Μηχανικής του Georgia Tech, η ερευνητική ομάδα προκάλεσε ισχυρές κρούσεις σε στερεά κομμάτια PET με μεταλλικές σφαίρες, χρησιμοποιώντας τη δύναμη που θα δέχονταν σε έναν μύλο σφαιρών. Αυτή η μηχανική ενέργεια επιτρέπει στο PET να αντιδράσει με άλλα στερεά χημικά, όπως το υδροξείδιο του νατρίου (NaOH), παράγοντας αρκετή ενέργεια για να σπάσει τους χημικούς δεσμούς του πλαστικού σε θερμοκρασία δωματίου, χωρίς την ανάγκη χρήσης επικίνδυνων διαλυτών.
«Δείχνουμε ότι οι μηχανικές κρούσεις μπορούν να βοηθήσουν στην αποσύνθεση των πλαστικών στα αρχικά τους μόρια με έναν ελεγχόμενο και αποτελεσματικό τρόπο», λέει ο Sievers. «Αυτό θα μπορούσε να μετατρέψει την ανακύκλωση των πλαστικών σε μια πιο βιώσιμη διαδικασία».
Για να αποδείξουν τη διαδικασία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ελεγχόμενα πειράματα μεμονωμένων κρούσεων μαζί με προηγμένες προσομοιώσεις υπολογιστή, χαρτογραφώντας τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια από τις συγκρούσεις κατανέμεται στο πλαστικό και προκαλεί χημικούς και δομικούς μετασχηματισμούς. Κάθε σύγκρουση δημιούργησε έναν μικροσκοπικό κρατήρα, με το κέντρο του να απορροφά την περισσότερη ενέργεια. Σε αυτή τη ζώνη, το πλαστικό τεντώθηκε, ράγισε και μαλάκωσε ελαφρώς, δημιουργώντας ιδανικές συνθήκες για χημικές αντιδράσεις με υδροξείδιο του νατρίου.
Η σημασία της ενέργειας κρούσης
Η απεικόνιση υψηλής ανάλυσης και η φασματοσκοπία αποκάλυψαν ότι οι κανονικά ταξινομημένες αλυσίδες πολυμερών έγιναν αταξινόμητες στο κέντρο του κρατήρα, ενώ ορισμένες αλυσίδες έσπασαν σε μικρότερα θραύσματα. Αυτό αύξησε την επιφάνεια που εκτέθηκε στο αντιδραστήριο. Η μελέτη έδειξε τη σημασία της ποσότητας ενέργειας που παρέχεται από κάθε πρόσκρουση. Οι συγκρούσεις χαμηλής ενέργειας διαταράσσουν ελαφρώς το PET, αλλά οι ισχυρότερες κρούσεις προκαλούν ρωγμές και παραμόρφωση, εκθέτοντας νέες επιφάνειες που μπορούν να αντιδράσουν με το υδροξείδιο του νατρίου για ταχεία χημική αποσύνθεση.
ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ | Νέα θεραπεία φέρνει ελπίδα στους ασθενείς με προχωρημένο καρκίνο του νεφρού
ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ | Πώς να καταψύξετε σωστά τον βασιλικό χωρίς να χάσει το άρωμά του
«Η κατανόηση αυτού του ενεργειακού ορίου επιτρέπει στους μηχανικούς να βελτιστοποιήσουν τη μηχανικοχημική ανακύκλωση, μεγιστοποιώντας την αποδοτικότητα και ελαχιστοποιώντας την περιττή χρήση ενέργειας», εξήγησε ο Sievers.
Το μέλλον της ανακύκλωσης
Τα ευρήματα αυτά υποδεικνύουν ένα μέλλον όπου τα πλαστικά μπορούν να ανακυκλωθούν πλήρως στα αρχικά τους δομικά στοιχεία, αντί να υποβαθμίζονται ή να απορρίπτονται. Αξιοποιώντας τη μηχανική ενέργεια, η ανακύκλωση θα μπορούσε να γίνει ταχύτερη, καθαρότερη και πιο ενεργειακά αποδοτική.
«Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να συμβάλει στο κλείσιμο του κύκλου των πλαστικών αποβλήτων», λέει ο Sievers. «Θα μπορούσαμε να φανταστούμε συστήματα ανακύκλωσης όπου τα καθημερινά πλαστικά υποβάλλονται σε μηχανικοχημική επεξεργασία, δίνοντας στα απόβλητα νέα ζωή επανειλημμένα και μειώνοντας τον περιβαλλοντικό αντίκτυπο».
Η ομάδα σχεδιάζει τώρα να δοκιμάσει την εφαρμογή της μεθόδου σε πραγματικές ροές αποβλήτων και να διερευνήσει εάν παρόμοιες μέθοδοι μπορούν να λειτουργήσουν και για άλλα πλαστικά που είναι δύσκολο να ανακυκλωθούν, φέρνοντας τη μηχανικοχημική ανακύκλωση πιο κοντά στη βιομηχανική χρήση.
«Με εκατομμύρια τόνους PET να παράγονται κάθε χρόνο, η βελτίωση της αποδοτικότητας της ανακύκλωσης θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά τη ρύπανση από πλαστικά και να βοηθήσει στην προστασία των οικοσυστημάτων σε όλο τον κόσμο», καταλήγει η Gołąbek.
