Chimici alla Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha scoperto un metodo che potrebbe trasformare i rifiuti di plastica in preziose sostanze chimiche utilizzando la luce solare.

Negli esperimenti di laboratorio, il team di ricerca ha mescolato la plastica con il catalizzatore in un solvente, che consente alla soluzione di sfruttare l'energia luminosa e convertire la plastica disciolta in acido formico, una sostanza chimica utilizzata nelle celle a combustibile per produrre elettricità.

Segnalando il loro lavoro in Scienze avanzate , il team guidato dall'assistente professore della NTU Soo Han Sen della School of Physical and Mathematical Sciences ha realizzato il suo catalizzatore dall'economico, vanadio metallico biocompatibile, comunemente usato in leghe di acciaio per veicoli e leghe di alluminio per aerei.

Quando il catalizzatore a base di vanadio è stato sciolto in una soluzione contenente una plastica di consumo non biodegradabile come il polietilene ed esposto alla luce solare artificiale, ha rotto i legami carbonio-carbonio all'interno della plastica in sei giorni.

Questo processo ha trasformato il polietilene in acido formico, un agente conservante e antibatterico naturale, che può essere utilizzato anche per la generazione di energia da centrali elettriche e veicoli a celle a combustibile a idrogeno.

"Volevamo sviluppare metodi sostenibili ed economici per sfruttare la luce solare per produrre combustibili e altri prodotti chimici, " ha affermato Asst Prof Soo. "Questo nuovo trattamento chimico è il primo processo segnalato in grado di abbattere completamente una plastica non biodegradabile come il polietilene utilizzando la luce visibile e un catalizzatore che non contiene metalli pesanti".

A Singapore, la maggior parte dei rifiuti di plastica viene incenerita, produzione di gas serra come anidride carbonica, e la cenere rimanente bruciata in massa viene trasportata alla discarica di Semakau, che si stima esaurirà lo spazio entro il 2035.

Sviluppare soluzioni innovative a zero rifiuti, come questo catalizzatore ecologico per trasformare i rifiuti in risorse, fa parte della visione di NTU Smart Campus per lo sviluppo di un futuro sostenibile.

Usare l'energia del sole per convertire i prodotti chimici

Il catalizzatore a base di vanadio, che è supportato da gruppi organici e tipicamente abbreviato come LV(O), utilizza l'energia della luce per guidare una reazione chimica ed è noto come fotocatalizzatore.

I fotocatalizzatori consentono alle reazioni chimiche di essere alimentate dalla luce solare, a differenza della maggior parte delle reazioni eseguite nell'industria che richiedono calore, generalmente generato dalla combustione di combustibili fossili.

Altri vantaggi del nuovo fotocatalizzatore sono il basso costo, abbondante, e rispettoso dell'ambiente, a differenza dei comuni catalizzatori realizzati con metalli costosi o tossici come il platino, palladio o rutenio.

Mentre gli scienziati hanno provato altri approcci per trasformare i rifiuti di plastica in sostanze chimiche utili, molti approcci implicano reagenti indesiderati o troppi passaggi per aumentare la scala.

Un esempio è un approccio chiamato fotoriforma, dove la plastica è combinata con acqua e luce solare per produrre gas idrogeno, ma ciò richiede l'uso di catalizzatori contenenti cadmio, un metallo pesante tossico. Altri metodi richiedono che la plastica sia trattata con soluzioni chimiche aggressive che sono pericolose da maneggiare.

La maggior parte delle materie plastiche non è biodegradabile perché contiene legami chimici straordinariamente inerti chiamati legami carbonio-carbonio, che non sono facilmente scomponibili senza l'applicazione di alte temperature.

Il nuovo fotocatalizzatore a base di vanadio sviluppato dal team di ricerca NTU è stato appositamente progettato per rompere questi legami, e lo fa attaccandosi a un gruppo chimico vicino noto come gruppo alcolico e utilizzando l'energia assorbita dalla luce solare per svelare la molecola come una cerniera.

Poiché gli esperimenti sono stati condotti su scala di laboratorio, i campioni di plastica sono stati prima dissolti riscaldandoli a 85 gradi Celsius in un solvente, prima del catalizzatore, che è in polvere, è stato sciolto. La soluzione è stata poi esposta alla luce solare artificiale per alcuni giorni. Utilizzando questo approccio, il team ha dimostrato che il loro fotocatalizzatore è stato in grado di abbattere i legami carbonio-carbonio in oltre 30 diversi composti e i risultati hanno dimostrato il concetto di un prodotto ecologico, fotocatalizzatore a basso costo.

Il team di ricerca sta ora perseguendo miglioramenti al processo che potrebbero consentire la scomposizione della plastica per produrre altri combustibili chimici utili, come l'idrogeno.