Astratto grafico. Credito:Rivista della American Chemical Society (2022). DOI:10.1021/jacs.2c07781
Gli scienziati dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign, dell'Università della California, di Santa Barbara e della Dow hanno sviluppato un processo rivoluzionario per trasformare la plastica più prodotta, il polietilene (PE), nella seconda plastica più prodotta, il polipropilene (PP) , che potrebbe ridurre le emissioni di gas serra (GHG).
"Il mondo ha bisogno di più e migliori opzioni per estrarre l'energia e il valore molecolare dai suoi rifiuti di plastica", ha affermato Susannah Scott, illustre professoressa e presidente di Mellichamp per l'elaborazione catalitica sostenibile presso l'UC Santa Barbara, co-autore principale. I metodi convenzionali di riciclaggio della plastica si traducono in molecole di plastica di basso valore e, quindi, offrono scarsi incentivi a riciclare le montagne di rifiuti di plastica che si sono accumulate negli ultimi decenni.
Ma, ha aggiunto Scott, "trasformare il polietilene in propilene, che può quindi essere utilizzato per creare un nuovo polimero, è il modo in cui iniziamo a costruire un'economia circolare per la plastica".
"Abbiamo iniziato concettualizzare questo approccio e dimostrato la sua promessa prima attraverso la modellazione teorica, ora abbiamo dimostrato che può essere fatto sperimentalmente in un modo che è scalabile e potenzialmente applicabile alle attuali esigenze del settore", ha affermato il co-autore principale Damien Guironnet, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare all'Illinois, che ha pubblicato il primo studio che delinea le reazioni catalitiche necessarie nel 2020.
Il nuovo studio pubblicato sul Journal of the American Chemical Society annuncia una serie di reazioni catalitiche accoppiate che trasformano il PE, che è la plastica n. 2 e n. 4 che costituisce il 29% del consumo mondiale di plastica, nel propilene da costruzione che è l'ingrediente chiave per produrre il PP, noto anche come plastica n. che rappresenta quasi il 25% del consumo mondiale di plastica.
Questo studio stabilisce una prova di concetto per l'upcycling della plastica PE con una selettività superiore al 95% in propilene. I ricercatori hanno costruito un reattore che crea un flusso continuo di propilene che può essere convertito facilmente in PP utilizzando la tecnologia attuale, rendendo questa scoperta scalabile e rapidamente implementabile.
"La nostra analisi preliminare suggerisce che se solo il 20% del PE mondiale potesse essere recuperato e convertito attraverso questo percorso, potrebbe rappresentare un potenziale risparmio di emissioni di gas serra paragonabile a quello di togliere dalla strada 3 milioni di auto", ha affermato Garrett Strong, uno studente laureato associati al progetto.
L'obiettivo è tagliare ogni molecola di PE molto lunga molte volte per ottenere tanti piccoli pezzi, che sono le molecole di propilene. Innanzitutto, un catalizzatore rimuove l'idrogeno dal PE, creando una posizione reattiva sulla catena. Successivamente, la catena viene divisa in due in questa posizione utilizzando un secondo catalizzatore, che ricopre le estremità utilizzando etilene. Infine, un terzo catalizzatore sposta il sito reattivo lungo la catena PE in modo che il processo possa essere ripetuto. Alla fine, tutto ciò che resta è un gran numero di molecole di propilene.
"Pensa di tagliare una baguette a metà e poi tagliare pezzi di dimensioni precise dall'estremità di ciascuna metà, dove la velocità con cui tagli controlla le dimensioni di ogni fetta", ha detto Guironnet.
"Ora che abbiamo stabilito la prova del concetto, possiamo iniziare a migliorare l'efficienza del processo progettando catalizzatori che sono più veloci e produttivi, rendendo possibile la scalabilità verticale", ha affermato Scott. "Poiché il nostro prodotto finale è già compatibile con gli attuali processi di separazione del settore, catalizzatori migliori consentiranno di implementare rapidamente questa svolta".
Il lavoro presentato in questa pubblicazione è altamente complementare a un articolo pubblicato su Scienza la settimana scorsa. Entrambi i gruppi hanno utilizzato plastica vergine e prodotti chimici simili. Tuttavia, il team di Science ha utilizzato un processo diverso in un reattore batch chiuso, che richiede una pressione molto più elevata, che richiede molta energia, e la necessità di riciclare più etilene.
"Se vogliamo riciclare una frazione significativa degli oltre 100 milioni di tonnellate di rifiuti di plastica che generiamo ogni anno, abbiamo bisogno di soluzioni altamente scalabili", ha affermato Guironnet. "Il nostro team ha dimostrato la chimica in un reattore a flusso che abbiamo sviluppato per produrre propilene in modo altamente selettivo e continuo. Questo è un progresso fondamentale per affrontare l'immenso volume del problema che stiamo affrontando".
Anche i ricercatori Dow sono stati coinvolti in questo lavoro. "Dow sta assumendo un ruolo di primo piano nel guidare un'economia più circolare progettando per la circolarità, costruendo nuovi modelli di business per i materiali circolari e collaborando per porre fine ai rifiuti di plastica", ha affermato Ivan Konstantinov, scienziato senior e coautore di Dow. "In qualità di finanziatori di questo progetto, ci impegniamo a trovare nuovi modi per eliminare i rifiuti di plastica e siamo incoraggiati da questo approccio". + Esplora ulteriormente
