Mokslininkai iš Vaterlo universiteto sukūrė saulės energija varomą metodą, leidžiantį plastiko atliekas paversti acto rūgštimi – pagrindine acto sudedamąja dalimi.
Šiame procese naudojama saulės šviesa ir specialiai sukurtas katalizatorius, kuris skaldo plastiką molekuliniu lygmeniu. Taip atsiranda galimybė perdirbti ir „išaukštinti“ atliekas (angl. upcycling) jų nepaverčiant anglies dioksidu ir nepadidinant išmetamųjų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekio atmosferoje.
Tyrėjų komanda sukūrė gamta įkvėptą kaskadinės fotokatalizės sistemą, kurios pagrindą sudaro anglies nitrido matricoje įterpti pavieniai geležies atomai.
Veikiant saulės šviesai, ši medžiaga inicijuoja nuoseklią cheminių reakcijų grandinę, kuri plačiai paplitusius plastikų polimerus paverčia acto rūgštimi, pasižyminčia didele išgavimo selektyvumu.
Skirtingai nei daugelis tradicinių perdirbimo būdų, kuriems reikia aukštos temperatūros ar iš iškastinio kuro gaunamos energijos, ši technologija naudoja saulės energiją ir veikia vandeninėje terpėje.
Tai ypač aktualu sprendžiant mikroplastiko taršos vandenyse problemą.
Sistema buvo išbandyta su plačiai naudojamomis plastiko rūšimis: PVC, PP, PE ir PET. Ji išliko efektyvi net apdorojant mišrias plastikų srautus, o tai yra itin svarbu realioms atliekų tvarkymo sąlygoms.
Saulės energija varomas plastikų „išaukštinimas“
Plastiko atliekos, ypač mikroplastikas, aptinkamos tiek jūrų, tiek sausumos ekosistemose. Šių medžiagų kaupimasis kelia susirūpinimą dėl galimo poveikio laukinei gamtai ir žmonių sveikatai.
„Mūsų tikslas buvo išspręsti plastiko taršos problemą, paverčiant mikroplastiko atliekas vertingais produktais naudojant saulės šviesą“, – sakė dr. Yiminas Wu, mechanikos ir mechatronikos inžinerijos profesorius, einantis „Tang Family Chair in New Energy Materials and Sustainability“ pareigas.
Tyrimą vykdė Vaterlo universiteto doktorantas Wei Wei, vadovaujamas dr. Wu. Ankstyvosios stadijos darbai buvo paremti bendru „Waterloo Institute for Nanotechnology“ ir „Water Institute“ finansuojamu pradiniu grantu.
Katalizatoriaus konstrukcija paremta gamtiniais procesais. Kai kurios grybų rūšys naudoja fermentus sudėtingoms organinėms medžiagoms skaidyti nuoseklių reakcijų būdu.
Panašiai ir Vaterlo komanda sukūrė kaskadinių reakcijų kelią, kuris palaipsniui skaido plastikų polimerus iki acto rūgšties.
Pavieniais atomais paremtas katalizatoriaus dizainas
Sistemos šerdis – pavieniai geležies atomai, tolygiai išsklaidyti anglies nitrido gardelėje.
Tokios vienatomės aktyviosios vietos pagerina reakcijos valdymą ir efektyvumą veikiant saulės šviesai, todėl galima selektyviai gauti acto rūgštį, o ne įvairių šalutinių produktų mišinį.
Acto rūgštis plačiai naudojama pramonėje – nuo maisto gamybos iki chemijos pramonės ir energijos sistemų. Plastiko atliekų pavertimas šia jungtimi leidžia gauti pridėtinės vertės produktą ir kartu mažinti taršą.
Mokslininkai atliko ir technoekonominę analizę, kad įvertintų technologijos komercinį potencialą.
„Tiek verslo, tiek visuomenės požiūriu su šia inovacija susijusi finansinė ir ekonominė nauda atrodo perspektyvi“, – teigė „Water Institute“ vykdomasis direktorius ir publikacijos, kurioje pristatoma technoekonominė analizė, bendraautorius Roy’us Brouweris.
Dr. Wu pabrėžė aplinkosauginį metodo pranašumą: „Šis metodas leidžia pasitelkti gausią ir nemokamą saulės energiją plastiko taršai skaidyti, nepridedant papildomo anglies dioksido į atmosferą.“
Kadangi reakcija vyksta vandenyje ir skaido plastiką cheminiu lygmeniu, ši technologija gali sudaryti sąlygas tiesiogiai spręsti mikroplastiko problemą, o ne vien jį mechaniškai filtruoti.
Nors sistema kol kas yra laboratorinių tyrimų stadijoje, komanda teigia, kad ją būtų galima optimizuoti ir išplėsti naudojant medžiagų inžinerijos bei gamybos pažangą.
