يمكن للطريقة الجديدة، التي تم وصفها في عدد 11 أغسطس من مجلة Science، أن تزيد من الحوافز الاقتصادية لإعادة تدوير البلاستيك وتفتح الباب أمام إعادة تدوير أنواع جديدة من البلاستيك. ويقدر الباحثون أن أساليبهم يمكن أن تقلل أيضًا من انبعاثات الغازات الدفيئة الناتجة عن الإنتاج التقليدي لهذه المواد الكيميائية الصناعية بنسبة 60 بالمائة تقريبًا.
تعتمد التقنية الجديدة على اثنين من تقنيات المعالجة الكيميائية الموجودة. الأول هو الانحلال الحراري، حيث يتم تسخين البلاستيك إلى درجات حرارة عالية في بيئة خالية من الأكسجين. والنتيجة هي زيت الانحلال الحراري، وهو مزيج سائل من مركبات مختلفة. يحتوي زيت الانحلال الحراري على كميات كبيرة من الأوليفينات -- وهي فئة من الهيدروكربونات البسيطة التي تمثل لبنة بناء مركزية للمواد الكيميائية والبوليمرات الحالية، بما في ذلك أنواع مختلفة من البوليسترات والمواد الخافضة للتوتر السطحي والكحوليات والأحماض الكربوكسيلية.
في العمليات الحالية كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل التكسير بالبخار، ينتج مصنعو المواد الكيميائية الأوليفينات عن طريق تعريض النفط لحرارة وضغط مرتفعين للغاية. في هذه العملية الجديدة، يقوم فريق UW-Madison باستعادة الأوليفينات من زيت الانحلال الحراري ويستخدمها في عملية كيميائية أقل استهلاكًا للطاقة بكثير تسمى تحفيز الفورميل الهيدروجيني المتجانس. تقوم هذه العملية بتحويل الأوليفينات إلى ألدهيدات، والتي يمكن بعد ذلك اختزالها إلى كحولات صناعية مهمة.
يقول جورج هوبر، أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية الذي قاد العمل جنبًا إلى جنب مع باحث ما بعد الدكتوراه هوكيان لي وطالب الدكتوراه جيايانج وو: "يمكن استخدام هذه المنتجات لصنع مجموعة واسعة من المواد ذات القيمة الأعلى".
وتشمل هذه المواد ذات القيمة العالية المكونات المستخدمة لصنع الصابون والمنظفات، فضلا عن البوليمرات الأخرى الأكثر فائدة.
يقول هوبر، الذي يدير أيضًا مركز إعادة التدوير الكيميائي للنفايات البلاستيكية، الذي تموله وزارة الطاقة: "نحن متحمسون حقًا بشأن الآثار المترتبة على هذه التكنولوجيا". "إنها تقنية أساسية لتحسين النفايات البلاستيكية باستخدام كيمياء الفورميل الهيدروجيني."
ومن الممكن أن تتبنى صناعة إعادة التدوير هذه العملية قريبًا؛ في السنوات الأخيرة، قامت ما لا يقل عن 10 شركات كيميائية كبيرة ببناء أو الإعلان عن خطط لإنشاء منشآت لإنتاج زيوت الانحلال الحراري من نفايات البلاستيك. يقوم العديد منهم بتشغيل زيت الانحلال الحراري من خلال المفرقعات البخارية لإنتاج مركبات منخفضة القيمة. يمكن أن توفر تقنية إعادة التدوير الكيميائي الجديدة طريقة أكثر استدامة وربحية لاستخدام تلك الزيوت.
يقول لي: "في الوقت الحالي، لا تمتلك هذه الشركات نهجًا جيدًا لتحديث زيت الانحلال الحراري". "في هذه الحالة، يمكننا الحصول على كحولات عالية القيمة تتراوح قيمتها بين 1200 دولار و6 دولارات،000 للطن من نفايات البلاستيك، والتي تبلغ قيمتها حوالي 100 دولار فقط للطن. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم هذه العملية التكنولوجيا والتقنيات الحالية. إنها نسبيًا من السهل توسيع نطاقه."
يقول هوبر إن الدراسة كانت عبارة عن جهد تعاوني عبر عدد قليل من أقسام جامعة ويسكونسن ماديسون المختلفة. واقترح كلارك لانديس، رئيس قسم الكيمياء والخبير العالمي في الفورميل الهيدروجيني، إمكانية تطبيق هذه التقنية على زيوت الانحلال الحراري. استخدم البروفيسور مانوس مافاريكاكيس في الهندسة الكيميائية والبيولوجية النمذجة المتقدمة لتوفير نظرة ثاقبة على المستوى الجزيئي للعمليات الكيميائية. وقدم البروفيسور فيكتور زافالا في الهندسة الكيميائية والبيولوجية المساعدة في تحليل اقتصاديات التقنية ودورة حياة النفايات البلاستيكية.
الخطوة التالية للفريق هي ضبط العملية وفهم أفضل للمواد البلاستيكية المعاد تدويرها ومجموعات المحفزات التي تنتج المنتجات الكيميائية النهائية.
يقول هوبر: "هناك العديد من المنتجات المختلفة والعديد من الطرق التي يمكننا اتباعها باستخدام تقنية المنصة هذه". "هناك سوق ضخمة للمنتجات التي نصنعها. وأعتقد أن هذا يمكن أن يغير صناعة إعادة تدوير البلاستيك."
(المصدر: جامعة ويسكونسن ماديسون. "عملية إعادة التدوير الجديدة يمكن أن تجد أسواقًا للنفايات البلاستيكية" غير المرغوب فيها "." ScienceDaily. ScienceDaily، 11 أغسطس 2023.
