شیمیدانان دانشگاه نورث وسترن (Northwestern) فرآیندی انقلابی ابداع کردند که می تواند یکی از سخت ترین چالش های زیست محیطی جهان، یعنی بازیافت پلاستیک را ممکن کند. رویکرد جدید آنها با استفاده از یک کاتالیزور جدید، مرحله وقت گیر جداسازی پلاستیک ها را حذف می کند و مستقیماً پلاستیک های یک بارمصرف سفت و سخت را به محصولات مفیدی مانند سوخت، موم و روغن تبدیل می نماید. این رویکرد مسیری پاک تر را برای تلاش های جهانی بازیافت فراهم می کند.

به نقل از آی ای، این فرآیند بر پایه یک کاتالیزور ارزان قیمت مبتنی بر نیکل استوار است که خودخواسته پلی الفین ها (polyolefins) را تجزیه می کند. پلی الفین ها پلاستیک هایی هستند که تقریباً دو سوم مصرف جهانی را تشکیل می دهند. پلاستیک های روزمره مانند بطری شیر، سس، روکش های پلاستیکی، کیسه های زباله و ظروف یک بارمصرف برای دوام طراحی شده اند، اما پس از دور انداخته شدن، در محل های دفن زباله و اقیانوس ها انباشته می شوند و برای دهه ها در برابر تجزیه مقاومت می کنند.

بازیافت پلی الفین ها در حال حاضر، به طرز ناامیدکننده ای ناکارآمد است. بازیافت مکانیکی آن، نیازمند جداسازی دقیق آن بر اساس نوع است، در حالی که رویکردهای دیگر شامل گرم کردن پلاستیک ها تا دماهای بسیار بالاست. این فرآیندها پرهزینه و انرژی بر هستند، همچنین اغلب موادی با کیفیت پایین تولید می کنند. به همین دلیل است که نرخ بازیافت پلی الفین در سراسر جهان زیر 10 درصد باقی مانده است.

کاتالیزور نجات دهنده

این تیم به سراغ فرآیند هیدروژن کافت (hydrogenolysis) رفت که در آن از گاز هیدروژن و یک کاتالیزور برای برش پیوندهای قوی کربن-کربن استفاده می کنند. آنها به جای کاتالیزورهای گران قیمت، کاتالیزور نیکل را مهندسی کردند که در دماها و فشارهای پایین تر کار و از مواد کمتری نیز استفاده می کند.

یوسی کراتیش (Yosi Kratish) یکی از نویسندگان این مطالعه می گوید: فرآیند ما در مقایسه با سایر کاتالیزورهای مبتنی بر نیکل ، از یک کاتالیزور تک سایتی استفاده می کند که در دمای 100 درجه پایین تر و در نصف فشار گاز هیدروژن عمل می کند. ما همچنین 10 برابر کمتر کاتالیزور مصرف می کنیم و 10 برابر بیشتر محصول تولید می کنیم. بنابراین، روش ما در تمام زمینه ها برتری دارد.

طراحی دقیق این کاتالیزور مانند یک چاقوی جراحی مولکولی عمل می کند و خودخواسته پیوندهای پلی الفین ها را هدف قرار می دهد، در حالی که سایر پیوندها را دست نخورده باقی می گذارد. بنابراین یک تجزیه شیمیایی پاک تر و کارآمدتر از پلاستیک های مختلط به دست می آید که روغن ها و موم های باارزش تولید می کند.

تبدیل یک مانع بازیافتی به یک محرک

یکی از شگفت انگیزترین نتایج زمانی به دست آمد که کاتالیزور با پلی وینیل کلراید (PVC) مواجه شد. این کاتالیزور، یک پلیمر سمی است که به دلیل غیرممکن ساختن بازیافت بدنام است. به طور معمول، آلودگی پلی وینیل کلراید ، کاتالیزورها را مسموم می کند و فرآیند بازیافت را از مسیر خود خارج می سازد، اما در این مطالعه، پلی وینیل کلراید عملکرد بازیافت را بهبود بخشید.

کراتیش گفت: افزودن پلی وینیل کلراید به مخلوط بازیافت، همیشه ممنوع بوده است، اما ظاهراً این کار فرآیند ما را حتی بهتر می کند. این موضوع بسیار جالب است و مسئله مورد انتظاری نبود.

هنگامی که پلی وینیل کلراید یک چهارم مخلوط زباله را تشکیل می داد، این کاتالیزور با نتایج بهتر به کار خود ادامه می داد. این انعطاف پذیری غیرمنتظره می تواند به بازیافت کنندگان اجازه دهد تا با جریان های پلاستیکی که قبلاً غیرقابل بازیافت بودند، مقابله کنند.

توبین مارکس (Tobin Marks) نویسنده ارشد این مطالعه معتقد است که این پیشرفت می تواند اقتصاد بازیافت را دگرگون کند. وی خاطرنشان کرد: کاتالیزور جدید ما می تواند از این مرحله پرهزینه و فشرده برای پلاستیک های پلی الفین رایج عبور کند و بازیافت را کارآمدتر، عملی تر و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر کند.

اگر فرآیند کاتالیزور نیکل عملی شود، ممکن است سرانجام راهی برای مهار کوه های پلاستیک ارائه دهد و یک مشکل زیست محیطی جهانی را به جریانی ارزشمند از منابع تبدیل کند.

این مطالعه در مجله Nature Chemistry منتشر شده است.

انتهای پیام