Hydropiroliza, czyli nowa metoda przetwarzania polistyrenu
Kluczem do sukcesu jest dwuetapowy proces nazywany hydropirolizą. W pierwszej fazie rozdrobnione odpady polistyrenowe podgrzewane są do bardzo wysokiej temperatury 475 stopni Celsjusza, pod umiarkowanym ciśnieniem 0,4 megapaskala. W tych warunkach długie łańcuchy polimerowe ulegają rozbiciu na mniejsze, lotne cząsteczki w formie pary. Te gorące opary trafiają następnie do drugiego reaktora. Tam, w temperaturze 275 stopni Celsjusza i w obecności wodoru, zachodzi właściwa przemiana w toluen. Niezwykłą precyzję tego procesu zapewniają wykorzystane katalizatory. Nie są to zwykłe materiały, ale zaawansowane katalizatory jednoatomowe, zawierające pojedyncze atomy rutenu na nośniku. Pozwalają one kontrolować reakcję na poziomie atomowym, co było dotąd dużym wyzwaniem.
Odkryliśmy, że na poziomie atomowym umożliwia kontrolę selektywności produktu i utrzymuje wysoką reaktywność w konwersji polistyrenu. Głównym celem tego badania było zademonstrowanie, że katalizatory jednoatomowe mogą przezwyciężyć tradycyjny kompromis wydajność-selektywność i oferują nowe drogi dla upcyklingu plastiku – relacjonuje Zedong Zhang z Nanjing Forestry University
Dotychczasowe metody często zmuszały do wyboru: albo wysoką wydajność procesu (dużo produktu), albo jego selektywność (czystość i jednorodność produktu końcowego). Opisywana technologia pozwala osiągnąć oba te cele jednocześnie, co jest jej główną zaletą.
Bilans ekonomiczny i ekologiczny
Efektywność przemiany jest imponująca. Z każdego kilograma polistyrenu udaje się odzyskać około 835 gramów toluenu. To bardzo dobry wynik. Analizy zespołu wskazują, iż szacunkowy koszt wyprodukowania kilograma toluenu tą drogą może wynieść około 0,61 dolara. Taka kwota lokuje się poniżej obecnych kosztów produkcji metodami petrochemicznymi, co jest obiecującą informacją dla potencjalnych inwestorów. Równie istotny jest aspekt środowiskowy. Ślad węglowy związany z produkcją toluenu z odpadów jest o ponad połowę (53%) niższy w porównaniu z tradycyjnymi metodami, które bazują na surowcach kopalnych.
Czytaj też: MIT drukuje nowatorski stop aluminium. Ten materiał bije dotychczasowych dominatorów
Obecnie sami zainteresowani pracują nad udoskonaleniem procesu, tak by umożliwić ciągłe dostarczanie surowca i długotrwałą, stabilną pracę reaktora. To kluczowe dla praktycznego zastosowania. Jak wyjaśniają, przyszłe badania skupią się na opracowaniu katalizatorów jednoatomowych o zwiększonej selektywności dla hydrogenolizy plastiku, z celem lepszej kontroli dystrybucji produktu. Co ważne, konfiguracja reaktora jest modułowa. Teoretycznie, poprzez modyfikację parametrów i katalizatorów, można by w nim wytwarzać także inne chemikalia lub komponenty paliwowe. Potencjalne wdrożenie takiej technologii na szeroką skalę mogłoby istotnie przyczynić się do zmniejszenia problemu odpadów plastikowych.