Plastová taška, ktorá by inak skončila v odpade, má z chemického hľadiska jednu zaujímavú vlastnosť.
Je vyrobená z dlhých reťazcov uhlíka a vodíka.
A práve tie isté prvky tvoria aj benzín či naftu.
Problém je dostať dlhé a veľmi stabilné molekuly plastu späť do podoby menších uhľovodíkov bez toho, aby bol celý proces príliš drahý alebo energeticky náročný.
Výskumníci z amerického Oak Ridge National Laboratory teraz ukázali jeden z možných spôsobov.
Zamerali sa na polyetylén – jeden z najpoužívanejších plastov na svete.
Nájdeme ho v nákupných taškách, fóliách, obaloch, plastových nádobách aj niektorých kuchynských doskách.
ROZTAVENÁ SOĽ NAMIesto DRAHÝCH KATALYZÁTOROV
Vedci použili roztavené soli obsahujúce chlorid hlinitý.
Tieto soli majú v procese dve úlohy naraz.
Vytvárajú prostredie, v ktorom reakcia prebieha, a zároveň poskytujú aktívne miesta, ktoré pomáhajú rozbíjať dlhé polymérne reťazce na menšie molekuly.
Výhodou je, že systém nepotrebuje drahé katalyzátory z ušľachtilých kovov.
Nepotrebuje ani pridané organické rozpúšťadlo a výskumníci pri reakcii nemuseli privádzať externý vodík.
To celý chemický postup výrazne zjednodušuje.
POD 170 STUPŇOV
Jedným z najzaujímavejších údajov je teplota.
V štúdii sa podarilo premieňať polyetylén pri teplotách pod približne 170 stupňov Celzia.
To je výrazne menej než pri klasickej pyrolýze, pri ktorej sa plastový odpad bežne zahrieva približne na 450 až 500 stupňov.
Nižšia teplota však automaticky neznamená, že celý proces bude v priemyselnom meradle lacnejší alebo ekologickejší.
Na to by bolo potrebné hodnotiť aj spotrebu energie, výrobu a recykláciu použitých solí, čistenie produktov a celú prevádzku zariadenia.
V LABORATÓRIU VZNIKLO PRIBLIŽNE 60 PERCENT BENZÍNOVÝCH PRODUKTOV
Pri experimentoch dosiahli vedci približne 60-percentný výťažok uhľovodíkov v benzínovom rozsahu.
Chemicky išlo najmä o rozvetvené alkány s približne šiestimi až dvanástimi atómami uhlíka.
Pri zložitejších a ťažších polymérnych modeloch dokázal proces vytvárať aj uhľovodíky patriace do rozsahu typického pre naftu.
Nie je však správne predstaviť si, že z reakčnej nádoby vytiekol hotový benzín, ktorý možno okamžite naliať do auta.
Výsledkom sú uhľovodíkové zmesi vhodné ako surovina pre ďalšie spracovanie.
Až následná úprava a kontrola vlastností by rozhodli, na čo sa dajú priemyselne použiť.
AKO SA PLASTOVÝ REŤAZEC ROZTRHNE?
Polyetylén je tvorený extrémne dlhými molekulami.
Predstavme si ich ako obrovské reťaze poskladané z veľkého množstva podobných článkov.
Aktívne hliníkové miesta v roztavenej soli dokážu spustiť sériu reakcií, pri ktorých sa tieto reťazce postupne štiepia.
Vedci mechanizmus sledovali viacerými metódami.
Použili napríklad mäkké röntgenové žiarenie, nukleárnu magnetickú rezonanciu, izotopové značenie aj neutrónový rozptyl.
Vďaka tomu mohli sledovať, čo sa deje s hliníkom, vodíkom a uhlíkovými reťazcami počas samotnej reakcie.
Ukázalo sa, že kľúčovú úlohu zohrávajú silno kyslé miesta vytvorené atómami hliníka.
Tie podporujú rozdelenie dlhých molekúl na menšie a následné preskupovanie uhlíkových reťazcov.
PREČO JE POLYETYLÉN TAKÝ PROBLÉM?
Je lacný, odolný a vyrába sa vo veľkom.
Presne vlastnosti, ktoré z neho urobili úspešný materiál, však komplikujú jeho likvidáciu.
Chemické väzby v polyetyléne sú veľmi stabilné a materiál sa prirodzene rozkladá pomaly.
Mechanická recyklácia navyše nie je vhodná pre každý kus plastu.
Znečistenie, miešanie rôznych plastov alebo opakované spracovanie môžu zhoršovať kvalitu výsledného materiálu.
Preto sa skúmajú aj chemické metódy, ktoré plast neroztavia iba do novej formy, ale rozložia jeho molekuly na menšie chemické suroviny.
JE Z TOHO RIEŠENIE PLASTOVÉHO ODPADU?
Zatiaľ nie.
Experiment ukázal, že chemická reakcia funguje.
To je však iba prvý krok.
Laboratórny proces treba ešte preniesť do veľkých reaktorov, vyriešiť kontinuálnu prevádzku, čistotu vstupného odpadu, životnosť použitých materiálov aj cenu výsledného produktu.
Samotné hliníkové soli majú navyše jednu nepríjemnú vlastnosť.
Veľmi ľahko absorbujú vlhkosť zo vzduchu.
Voda môže meniť ich chemické vlastnosti a znižovať stabilitu systému.
Výskumníci preto skúmajú spôsoby, ako soli lepšie izolovať a opakovane používať.
PALIVO Z PLASTU NIE JE BEZUHLÍKOVÉ
Pri podobných technológiách je dôležité rozlišovať dve veci.
Premena odpadu na použiteľnú surovinu môže znížiť množstvo plastu, ktoré by skončilo na skládke alebo v spaľovni.
Ak sa však výsledné uhľovodíky nakoniec použijú ako palivo a spália, uhlík z nich sa uvoľní najmä vo forme oxidu uhličitého.
Preto nejde o bezuhlíkové palivo.
Z environmentálneho hľadiska bude rozhodujúce, koľko energie celý proces potrebuje, odkiaľ energia pochádza a či je výroba paliva lepšou možnosťou než iné spôsoby recyklácie alebo opätovného použitia materiálu.
Z LABORATÓRIA DO PRIEMYSLU JE EŠTE DLHÁ CESTA
Oak Ridge National Laboratory už na technológiu podalo patentovú prihlášku a uvádza ju medzi technológiami vhodnými na ďalší priemyselný vývoj.
Vedci ju označujú za zaujímavú najmä preto, že používa relatívne lacné materiály, pracuje pri miernejších teplotách a nepotrebuje externý zdroj vodíka.
To ešte neznamená, že o niekoľko rokov budú čerpacie stanice vykupovať staré igelitové tašky.
Výsledok však ukazuje, že aj veľmi obyčajný plastový odpad môže obsahovať chemické stavebné prvky, z ktorých sa dajú opäť vytvoriť hodnotné produkty.
A niekedy na ich získanie netreba teplotu priemyselnej pece.
Stačí menej než 170 stupňov a správne zvolená chémia.
