Budoucnost vypadá jasně pro nekonečně namontovaný plast

Pouze asi 2% plastů jsou nyní zcela recyklovány. Plasty PDK mohou vyřešit krizi používání.

Nová analýza prostředí a technologie naznačuje, že se do regálů chystá revoluční ekologický plast.

Plasty jsou součástí téměř každého produktu, který denně používáme. Průměrný člověk v USA vyprodukuje každý rok asi 100 kg plastového odpadu, nejpříměji na skládku. Tým vedený Corinne Scownovou, Brettem Helmsem, Jayem Keaslingem a Kristin Perssonovou z Národní laboratoře Lawrencea Berkeleye (Berkeley Lab) to má změnit.

Před necelými dvěma lety společnost Helms oznámila vynález nového plastu, který by mohl vyřešit krizi s odpady. Materiál zvaný poly (diketoenamin) nebo PDK má všechny příslušné vlastnosti tradičních plastů, přičemž se vyhýbá pórům v životním prostředí, protože na rozdíl od tradičních plastů lze PDK recyklovat navždy bez ztráty kvality.

Dnes tým vydal studii, která ukazuje, co by se mohlo stát, kdyby výrobci začali PDK používat ve velkém měřítku. V posledním řádku? Plasty založené na PDK se mohou snadno stát komerčně konkurenceschopnými s konvenčními plasty a výrobky se mohou časem stát levnějšími a odolnějšími.

“Plasty také nejsou navrženy tak, aby byly použitelné.” Potřeba toho dosáhnout byla uznána již dlouho, “vysvětluje Nemi Vora, první autorka zprávy a postdoktorandka, která spolupracovala s veteránkou Corinne Scownovou.„ Středem tohoto projektu je však pokračování v řízení. PDK jsou navrženy tak, aby byly recyklovány od nuly, a od začátku tým pracuje na zdokonalení výrobních a recyklačních procesů pro PDK, aby mohl být materiál levně a snadno dodáván v komerčních měřítcích. Na cokoli od balení po automobily. “

Studie ukazuje simulaci zařízení s 20 000 metrickými tunami za rok, které instaluje nové PDK a odstraňuje použitý odpad PDK k recyklaci. Autoři vypočítali požadované chemické vstupy a technologie, stejně jako náklady na emise skleníkových plynů a emise, po porovnání svých zjištění se stejným počtem při výrobě konvenčních plastů.

„V dnešní době existuje obrovský tlak na přijetí metod oběhové ekonomiky v tomto odvětví. Každý se snaží recyklovat vše, co uvede na trh,” řekla Vora. „Začali jsme recyklovat. Mluvili jsme s průmyslem o nastavení 100% nikdy – ukončení recyklovaných plastů a získal velký zájem. “

“Otázky jsou, kolik to bude stát, jaký je dopad na spotřebu energie a emise a jak se tam dostat z místa, kde jsme dnes,” dodal Helms, vědecký pracovník v Molecular Foundry v Berkeley Lab. „Další fází naší spolupráce je odpovídání na otázky.“

Zaškrtávací políčka jsou levná a rychlá

K dnešnímu dni bylo vyrobeno více než 8,3 miliardy metrických tun plastového materiálu a většina z nich končí na skládkách nebo ve spalovnách odpadu. Malá část plastů je dodávána k recyklaci „mechanicky“, což znamená, že jsou roztaveny a poté zpracovány na nové výrobky. Tato metoda má však omezené výhody. Samotná plastová pryskyřice je vyrobena z mnoha identických molekul (nazývaných monomery) spojených dohromady v dlouhých řetězcích (nazývaných polymery). Navzdory tomu, že poskytuje plast s mnoha strukturami, barvami a schopnostmi, jsou do pryskyřice přidávány přísady, jako jsou pigmenty, tepelné stabilizátory a retardéry hoření.. Když se roztaví více plastů, polymery se smíchají se zabitím potenciálně nekompatibilních přísad, což má za následek nový materiál s mnohem kratší kvalitou než nově vyrobená panenská pryskyřice ze surovin. Jako takový se nejméně 10% plastu mechanicky recykluje více než jednou a recyklované plasty často obsahují také panenskou pryskyřici, která doplňuje kvalitu ponoření.

Plast PDK rychle poškozen

GIF, který ukazuje, jak snadno se plast PDK rozpadne, když se umístí do kyselého roztoku. Kyselina pomáhá rozbít vazby mezi monomery a oddělit je od chemických přísad, které dodávají plastu jeho vzhled a dojem. Uznání: Peter Christensen / Berkeley Lab

Plasty PDK se tomuto problému úplně vyhýbají – polymerní pryskyřice jsou navrženy pro rychlý rozpad jednotlivých monomerů ve směsi s kyselina. Monomery lze oddělit od jakýchkoli přísad a sestavit tak, aby vznikly nové plasty bez ztráty kvality. Předchozí výzkum týmu ukázal, že tento proces „chemické recyklace“ je lehký na emise energie a oxidu uhličitého a lze jej opakovat donekonečna, čímž se vytvoří zcela kruhový životní cyklus materiálu, kde nyní existuje odpadkový lístek.

Navzdory těmto neuvěřitelným vlastnostem musí být PDK také rychlé, aby skutečně porazily plasty ve své vlastní hře. Recyklace tradičního plastu na bázi ropy může být také obtížná, ale výroba nového plastu je snadná.

“Mluvíme o materiálech, které se často neberou,” řekl Scown. “Takže, pokud jde o přitažlivost pro výrobce, PDK nekonkurují recyklovaným plastům – musí konkurovat panenské pryskyřici. A jsme opravdu nadšení, když vidíme, jak levné a jak efektivní to může být. Recyklujte materiál.” “

Scown, který je vědeckým pracovníkem v energetických a biologických oblastech Berkeley Lab, se specializuje na modelování budoucích environmentálních a finančních dopadů vznikajících technologií. Scown a jeho tým pracují na projektu PDK od samého začátku a pomáhají Helmsovu týmu chemiků a vědců v oblasti výroby vybrat suroviny, rozpouštědla, zařízení a metody, jejichž výsledkem bude cenově nejvýhodnější a nejšetrnější k životnímu prostředí. produkt.

“Vzali jsme první fázi této technologie a navrhli jsme, jak by to vypadalo v komerčních provozech” s využitím různých vstupů a technologií, řekl. Tento jedinečný proces modelování založený na spolupráci umožňuje vědcům z laboratoře Berkeley Lab identifikovat potenciální problémové kroky a vylepšovat procesy bez nákladného cyklu pokusů a omylů.

Zpráva týmu, publikovaná společností Science Advances, modeluje rozsah komerční produkce PDK a recyklačních trubek na základě současného stavu vývoje plastů. “A hlavní možností je, že pokud již máte PDK a máte jej v systému, náklady a náklady na skleníkové plyny spojené s pokračováním jeho recyklace zpět na monomery a výrobu sáčků – výrobek může být kratší než nebo alespoň ekvivalent mnoha běžných polymerů, “řekl Scown.

Plánuji spuštění

Díky optimalizaci z modelování procesů si recyklované PDK již získávají zájem společností, které potřebují získat plast. Helms a jeho kolegové vždy hledí do budoucnosti a od počátku projektu provádějí průzkum trhu a setkávají se s lidmi z tohoto odvětví. Jejich práce ukazuje, že nejvíce úvodní aplikace pro PDK je na trzích, kde výrobce obdrží svůj produkt zpět na konci životnosti, jako je automobilový průmysl (prostřednictvím odkupů a zpětných odkupů) a spotřební elektronika (prostřednictvím elektronického odpadu). programy). Tyto společnosti využívají ve svém produktu výhody 100% recyklovatelných PDK: dlouhodobá značka a dlouhodobé skladování.

Pracovníci přicházejí na plastový odpad

Pracovníci třídí odpadní plasty.

“V PDK mají nyní lidé v tomto odvětví na výběr,” řekl Helms. „Přivádíme partnery, kteří pracují na kruhovitosti ve svých produktových řadách a výrobních schopnostech, a dáváme jim možnost, která je v souladu s osvědčenými postupy budoucnosti.“

Přidaná citace: “Víme, že na této úrovni existuje zájem. Některé země plánují účtovat vyšší poplatky za plastové výrobky, které se spoléhají na neopracovaný materiál. Tento krok poskytne silnou pobídku k financování odklonu od používání panenských pryskyřic a měl by řídit více poptávka po recyklovaných plastech. “

Po vstupu na trh trvanlivých výrobků, jako jsou automobily a elektronika, tým doufá, že se PDK prodlouží na mnohem kratší životnost, což je užitný předmět, jako je obal.

Budoucí plný kruh

Zatímco vědci vytvořili plány na komerční spuštění, pokračovali také ve své technoekonomické spolupráci ve výrobním procesu PDK. I když se již očekává, že náklady na recyklovaný PDK nebudou konkurenceschopné, vědci pracují na dalším zdokonalování, aby se zkrátily náklady na původní PDK, aby společnosti nebyly omezeny počáteční investiční cenou.

A aby to byla věrná forma, vědci pracují současně o dva kroky vpřed. Scown, který je také viceprezidentem pro životní cyklus, ekonomiku a agronomii ve Společném institutu pro bioenergii (JBEI), a Helms spolupracovali s Jayem Keaslingem, předním syntetickým biologem v Berkeley Lab a UC Berkeley a generálním ředitelem JBEI, na návrhu proces výroby polymerů PDK za použití prekurzorových komponent vyrobených mikroby. Tento proces nyní využívá průmyslové chemikálie, ale původně byl navržen s ohledem na mikroby společnosti Keasling, a to díky serióznímu mezioborovému semináři.

“Než jsme zahájili projekt PDK, byl jsem na semináři, kde Jay popsal všechny molekuly, které by mohly vyrobit v JBEI pomocí svých upravených mikrobů,” řekl Helms. „A byl jsem velmi šťastný, protože jsem viděl, že některé z molekulárních věcí, které jsme vložili do PDK. Jay a já jsme měli nějaké rozhovory, a uvědomili jsme si, že lze použít téměř celý polymer. Rostlinný materiál solený technickými mikroby.“

“V budoucnu přineseme tuto biologickou složku, což znamená, že můžeme začít chápat účinky přechodu od konvenčních krmiv k jedinečným a potenciálně výhodným surovinám na biologickém základě, které budou dlouhodobě udržitelnější. Čas založený na energii, uhlíku nebo vodě energii k tvorbě a recyklaci, “pokračuje Helms.

„Takže, kde jsme teď, je to pro většinu první krok a myslím, že máme před sebou opravdu dlouhou přistávací dráhu, což je vzrušující.“

Odkaz: „Rovnání nákladů a uhlíkové stopy chemicky recyklovaných kruhových polymerů na monomer“, autor: Nemi Vora, Peter R. Christensen, Jérémy Demarteau, Nawa Raj Baral, Jay D. Keasling, Brett A. Helms a Corinne D. Scown, 9. dubna , 2021, Vědecké pokroky.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0187

Molekulární slévárna je uživatelské zařízení kanceláře vědy Office of Science (DOE), která se specializuje na vědu v nanoměřítku. JBEI je výzkumné středisko pro bioenergii financované z Úřadu pro vědu DOE.

Tuto práci podpořila kancelář pro bioenergie od DOE a program laboratoře pro výzkum a vývoj (LDRD) společnosti Berkeley Lab.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.