Quando abbiamo iniziato a utilizzare la plastica circa 70 anni fa, non è stato dato molto pensiero, se del caso, alle implicazioni della loro durata di vita e al fatto che possono impiegare secoli per decomporsi. Di conseguenza, poiché le materie plastiche si sono diversificate e sono diventate più facili da produrre, il pianeta si trova ora a cavallo di circa 8,3 miliardi di tonnellate di materiale, quasi ogni pezzo di plastica mai prodotto, senza tecnologia o incentivi sufficienti per ridurre quel mucchio in crescita. La plastica è più economica e più facile da produrre e da buttare che da riciclare.

I ricercatori dell'UC Santa Barbara Susannah Scott e Mahdi Abu-Omar sono pronti a cambiare questo paradigma vecchio di decenni. Come? Con una pentola, metodo catalitico a bassa temperatura che ricicla il polietilene, un polimero che si trova in circa un terzo di tutte le plastiche prodotte, con un valore globale di circa $ 200 miliardi all'anno, in molecole alchilaromatiche di alto valore che sono alla base di molti prodotti chimici industriali e prodotti di consumo. Aggiungere valore a ciò che altrimenti diventerebbe spazzatura potrebbe rendere il riciclaggio dei rifiuti di plastica una ricerca più attraente e pratica con un risultato vantaggioso per l'ambiente.

"Ecco una potenziale soluzione, " ha detto Scott, che con i suoi colleghi ha ora pubblicato le sue ricerche sulla rivista Scienza . Il loro sforzo, lei disse, è uno in un elenco crescente di possibili misure che possono essere prese per trasformare la plastica lineare, economia dispendiosa in una più sostenibile, quello circolare.

"Questa è una dimostrazione di ciò che si può fare, " lei disse.

Una seconda vita per i rifiuti di plastica

Non si può negare che l'esistenza moderna deve molto alla plastica, dalla confezione che mantiene freschi gli alimenti, ai materiali sterili utilizzati nelle applicazioni mediche, a buon mercato, parti leggere che entrano in molti dei nostri convenienti, beni durevoli.

"Ci sono molti aspetti positivi della plastica che dobbiamo tenere in considerazione, " ha detto Scott, un professore di chimica e di ingegneria chimica all'UC Santa Barbara, che detiene la cattedra UCSB Mellichamp in Processo catalitico sostenibile. "Allo stesso tempo, ci rendiamo conto che c'è questo serio problema di fine vita che è una conseguenza non intenzionale".

La proprietà che rende le plastiche così utili è anche ciò che le rende così persistenti, hanno spiegato i ricercatori. È la loro inerzia chimica:generalmente non reagiscono ad altri componenti del loro ambiente. I tubi di plastica non arrugginiscono o non penetrano nella rete idrica, le bottiglie di plastica possono contenere sostanze chimiche caustiche, i rivestimenti plastici possono resistere alle alte temperature.

"Puoi mettere uno di questi tubi nel terreno e cento anni dopo puoi scavarlo ed è esattamente lo stesso tubo e mantiene la tua acqua completamente sicura, " ha detto Scott.

Ma questa qualità di inerzia rende anche la plastica molto lenta a scomporre in modo naturale e molto energivora per farlo artificialmente.

"Sono fatti con carbonio-carbonio, e legami carbonio-idrogeno, e sono molto difficili da riciclare chimicamente, " ha spiegato il collega professore di ingegneria chimica Abu-Omar, specializzato in catalisi energetica e detiene la cattedra UCSB Mellichamp in Green Chemistry. Sebbene siano stati spesi molti sforzi di ricerca per imparare come ridurre la plastica ai suoi componenti di base per scopi di sostenibilità, il costo dell'energia "ha afflitto il campo per molto tempo, " hanno detto i ricercatori. Anche il vantaggio di convertire questi mattoni in molecole di alto valore è limitato quando è più economico fare lo stesso dal petrolio estratto.

"D'altra parte, se potessimo convertire direttamente i polimeri in queste molecole di valore più elevato e eliminare completamente il passaggio ad alta energia per tornare a queste molecole costitutive, quindi abbiamo un processo di alto valore con un basso impatto energetico, " ha detto Scott.

Quella linea di pensiero innovativa ha prodotto un nuovo metodo catalitico tandem che non solo crea molecole alchilaromatiche di alto valore direttamente dai rifiuti di plastica di polietilene, lo fa in modo efficiente, a basso costo e con un basso fabbisogno energetico.

"Abbiamo abbassato la temperatura della trasformazione di centinaia di gradi, " ha detto Scott. Metodi convenzionali, secondo la carta, richiedono temperature comprese tra 500 e 1000°C per scomporre le catene poliolefiniche in piccoli pezzi e rimontarle in un prodotto di miscela di gas, liquido e coca cola, mentre la temperatura ottimale per questo processo catalitico si aggira intorno ai 300°C. La condizione di reazione relativamente mite aiuta a scomporre i polimeri in modo più selettivo per la maggior parte delle molecole più grandi all'interno di un intervallo di lubrificanti, hanno spiegato i ricercatori. "E, abbiamo semplificato il numero di passaggi del processo perché non stiamo facendo più trasformazioni, " ha detto Scott.

Inoltre, il processo non richiede solventi o idrogeno aggiunto, solo un catalizzatore platino su allumina (Pt/Al2O3) per una reazione in tandem che rompe entrambi quei duri legami carbonio-carbonio, e riorganizza lo "scheletro" molecolare del polimero per formare strutture con quei caratteristici anelli a sei facce, molecole alchilaromatiche di alto valore che trovano largo impiego nei solventi, vernici, lubrificanti, detersivi, prodotti farmaceutici e molti altri prodotti industriali e di consumo.

"La formazione di molecole aromatiche da piccoli idrocarburi è difficile, " ha aggiunto l'autore principale del giornale Fan Zhang. "Qui, durante la formazione di aromatici da poliolefine, l'idrogeno si forma come sottoprodotto e viene ulteriormente utilizzato per tagliare le catene polimeriche per rendere favorevole l'intero processo. Di conseguenza, otteniamo alchilaromatici a catena lunga, e questo è il risultato affascinante."

Questo metodo rappresenta una nuova direzione nel ciclo di vita della plastica, uno in cui i polimeri di scarto potrebbero diventare materie prime preziose invece di finire in discarica, o peggio, nei corsi d'acqua e in altri habitat sensibili.

"Questo è un esempio di un secondo utilizzo, dove potremmo produrre queste materie prime in modo più efficiente e con un migliore impatto ambientale rispetto alla loro produzione dal petrolio, " ha detto Abu-Omar. La ricerca deve ancora essere condotta per vedere dove e come questa tecnologia sarebbe più efficace, ma è una strategia che potrebbe aiutare a mitigare l'accumulo di rifiuti di plastica, recuperare il loro valore e forse ridurre la nostra dipendenza dal petrolio da cui provengono le plastiche.

"Scaviamo una buca nel terreno, noi produciamo, noi facciamo, noi usiamo, buttiamo via, " Abu-Omar ha detto. "Quindi in un certo senso, questo è davvero rompere quel modo di pensare. C'è una scienza interessante da fare qui che ci condurrà verso nuove scoperte, nuovi paradigmi e nuovi modi di fare chimica."